原文网址:http://ibs.ntu.edu.tw/news/newsDetail/345 台大团队解开DNA复制修复机制研究成果发表於《Nature Communications》 DNA复制对生物的发育、个体生长，和器官维持细胞数目的恒定所不可或缺。如果DNA复制 发生错误，会导致基因突变而造成细胞变异，甚至演变成癌症。因此细胞发展出一套保护 机制，当DNA复制过程中，遇到DNA损伤或因种种复制压力(Replication stress)造成阻碍 时，复制叉(Replication Fork)会进入停滞状态，并转变成反转复制叉 (Reversed fork) 的特殊DNA结构，藉以保护停滞的复制叉因而崩裂瓦解。同时，细胞内RAD51重组酵素会聚 集至损伤处，在反转复制叉的单股DNA上，形成核蛋白丝(RAD51 filament)聚合物，去保 护新合成的DNA，不被核酸分解酵素(Nuclease)降解，并协助重新启动DNA复制。然而，在 整个反应过程中，因细胞含有大量的RPA蛋白复合体，因其对单股DNA有高度结合力，会阻 碍RAD51和单股DNA结合。因此对於RAD51核蛋白丝在反转复制叉上形成的调控机制，仍有 许多未知。 在先前的研究中，我们发现CST蛋白复合体(CTC1-STN1-TEN1)具有保护反转复制叉及调控 RAD51的角色。而在本篇研究，藉由团队以不同专长及互补的技术，从细胞层次、蛋白质 与DNA生化功能分析、及单分子观测量测，我们阐明了细胞在复制压力下的精细的调控机 制。在细胞的影像实验，我们观察到在复制压力下，RPA跟CST蛋白二者会共同聚集在停滞 复制叉上。而本篇第一作者李启恒博士，利用多样化的蛋白表达系统及蛋白纯化的策略， 成功纯化出高纯度的CST、RPA，和RAD51重组蛋白，进一步来分析它们相互作用的生化特 性。研究结果显示，CST和RPA蛋白能共同结合在相同的单股DNA上，并且CST和RAD51有直 接的蛋白和蛋白交互作用，因此CST可以把RAD51带到有RPA结合的单股DNA上。同时，共同 第一作者杨翰霖硕士也利用单分子萤光实验，进一步证明CST跟RPA的确是共存在同一条单 股DNA上。我们的研究也阐明了RPA和CST这两个具有多个OB摺叠结构域(OB fold domain) 的蛋白，藉由它们不同DNA结合力的OB摺叠结构域，彼此间竞争来达到两个蛋白可以共存 在同一个DNA分子上（图一）。由於细胞中大量的RPA阻碍了RAD51结合到反转复制叉上， 而透过CST和RPA共存的能力，可以协助RAD51在聚集在DNA形成核蛋白丝，进而促进後续 DNA复制修复 （图二）。 CST的突变会造成生长迟滞、骨髓衰竭、神经性病变、肝纤维化，癌症等疾病，本篇研究 发现了CST在DNA复制上的重要角色，阐释了造成这些疾病的可能成因，对於未来的诊断和 治疗上提供更多资讯。另外，癌症由於其快速生长的特性，会累积很多DNA复制压力。若 检测出这些癌症中带有CST突变，无法正常修复DNA复制压力，则可以针对这一类癌症处理 造成复制压力的药物，达到标靶治疗的效果。 ． 论文全文现已发表在Nature Communications，本次的研究成果，再次显示跨领域的团队 合作重要性，藉由研究专长的互补，除了加速研究的进行，也可由不同角度的思考，能将 问题探讨的更加深入。此研究工作是由科技部计画、台大，及中央研究院支持下进行，论 文参与的人员有台大生化所冀宏源教授团队（李启恒、张皓衍、叶欣怡），台大化学系李 弘文教授团队（杨翰霖、李子于），以及美国Weihang Chai教授团队(Dinh Duc Nguyen, Xinxing Lyu, Megan Chastain)共同完成。 --

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