研讨报道人源DNA复制肇端复合物ORC的冷冻电镜构造

2020年11月24日，北京年夜先生命迷信学院高宁研讨组在Cell Discovery杂志揭橥题为“Structural insight into the assembly and conformational activation of human origin recognition complex”的研讨论文，报道了人源DNA复制肇端复合物ORC组装进程中两个症结复合物ORC2-5和ORC1-5的冷冻电镜构造，从构造上部门阐释了人源复制终点辨认复合物ORC的分步组装和慢慢激活的分子机制。

真核生物DNA复制包括有一个庞杂的复制肇端调控机制，以包管在一个细胞周期内基因组仅复制一次。复制肇端的第一步是由ORC（由ORC1-6六个亚基构成）辨认并标志DNA复制肇端位点，然后招募复制解旋酶，组装成复制体。ORC的功效杂乱与一些人类疾病直接相干，ORC亚基的渐变与罕有发育疾病MGS（Meier-Gorlin syndrome）直接相干。MGS患者在胚胎期发展缓慢并随同多种发育畸形，出身后发育也严重受阻并招致身体矮小、小耳症和膝盖骨缺掉等症状。此外，一些致病性DNA病毒（如人类疱疹病毒）须要劫持人源DNA复制零碎停止病毒基因组的复制，它们经过招募ORC到病毒DNA复制终点完成这一进程。

在酿酒酵母中，ORC联合到DNA当前，在细胞周期的分歧阶段中，一直以六聚体方式波动联合。2018年，高宁传授与协作者BikKwoonTye传授和翟元梁博士以构造研讨为根底，阐释了酿酒ORC特异性辨认DNA复制终点的分子机制（Nature， 2018）。人源ORC有着更为庞杂的功效调控机制：ORC2-5四个亚基构成一个绝对波动的焦点复合物，ORC复合物组装到DNA上依附于ORC1，ORC1本身的卵白程度以及ORC1与ORC2-5的联合或解离都遭到细胞周期的调控。今朝尚不清晰人源ORC复合物分步组装到DNA复制终点的机制。

为了摸索人源ORC的组装进程和功效激活机制，高宁组解析了ORC2-5和ORC1-5两种复合物的电镜构造（图1）。ORC2-5构造中，ORC2-WHD构造域拔出到ORC与DNA联合的地方孔道内，从而阻拦了DNA的进入，很好地说明了ORC2-5功效自克制的分子机理。ORC1-5中只要ORC1-WHD波动联合到了ORC2-5复合物上，ORC1-AAA+尚未完整波动，存在多种构象形态。一个主要的发明是ORC1-5存在两种次要的构造形态：State I 与ORC2-5的构造年夜致雷同，也处于一种自克制的构象；在State II中，ORC2-WHD向地方孔道外扭转了120度，部门裸露了位于复合物地方的DNA联合通道，标明State II是一种部门解除克制效应的构象。这些成果从构造层面上诠释了ORC1在ORC功效激活中的主要脚色：ORC1联合到ORC2-5复合物上可以增进ORC2-WHD的构象变更，从克制形态向激活形态改变，同时ORC1-AAA+构造域坚持高度静态，以增进DNA进入ORC的地方通道。

联合以往的研讨成果，这篇任务进一步完美了人源ORC组装到复制终点的模子（图2）：ORC1起首经过特有的BAH构造域联合到携带有特定润饰的核小体上，随后招募ORC2-5焦点复合物，构成ORC1-5复合物。经过一系列的构象激活，例如ORC2-WHD构造域的扭转，染色质DNA进入到ORC1-5复合物的地方孔道。随同着后续的CDC6及ORC6的联合，激活的ORC进一步招募复制解旋酶从而完成Pre-replicationcomplex的组装。(100yiyao.com）