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生命科学学院孔道春实验室阐明真核细胞岗崎片段加工成熟的分子机制
日期: 2017-04-27       点击量: 1180

岗崎片段(Okazaki fragments)的发现已经过去50多年了,但真核细胞岗崎片段加工的分子机制一直没有得到最终确定。人细胞的一次生长分裂,大约合成5 x 107岗崎片段。一个岗崎片段的平均大小约是125 nt,它的5‘端含有~34核苷酸的RNA-DNA引物。这段引物是由低保真的primase-DNA pol α 合成。为了能让岗崎片段连接起来形成一个连续的后随DNA链(lagging strand),这个RNA-DNA引物必须要从每一个岗崎片段里切除掉。所以,岗崎片段加工是细胞里DNA transactions最丰富的事件,而且它直接关系到基因组的稳定性。

为什么真核细胞岗崎片段加工的分子机制一直不能被确定呢?主要有两个原因:1)缺乏能在体内直接检测去除~34核苷酸的RNA-DNA引物的方法;2)应该有多个酶参与去除RNA-DNA引物,它们之间存在一定程度的功能互补,导致无法明确的确定哪些酶参与岗崎片段加工。以前,岗崎片段加工的分子机制研究主要是在体外进行的,再加上一些有限的遗传学分析。经过三十年的研究,提出了可能存在的加工岗崎片段的途径,但不同实验室有非常不同的观点。由于缺乏体内的直接证据,真核细胞去除岗崎片段上RNA-DNA引物的分子机制一直无法最终确定(Kao & Bambara (2003) The protein components and mechanism of eukaryotic Okazaki fragment maturation. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol.38, 433-452)。

岗崎片段加工机制的模型图

孔道春教授研究组发展了一种体内直接检测去除RNA-DNA引物的方法。 他们首次用电镜观察到了复制叉里的翘起结构(flap structure),证明了翘起结构的存在;并进一步证明这个翘起结构来自于RNA-DNA引物。 他们证明真核细胞用两种方法去除RNA-DNA引物:Flap切割途径(Flap pathway)和外切酶途径(Exonucleolytic pathway)。Flap pathway可再分为long flap pathway及short flap pathway,他们进一步确定Dna2, Fen1, Exo1, RNase H2参与这些途径。由此,真核细胞岗崎片段加工成熟的分子机制得到最终阐明。文章发表在Journal of Biological Chemistry,292:4777-4788, March 24, 2017.

原文链接:http://www.jbc.org/content/292/12/4777.abstract

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