Sci Adv丨滞后链核小体组装和冈崎片段成熟的协同机制 |
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真核生物的基因组DNA包裹在染色质中,因此真核DNA复制发生在染色质环境下。染色质的基本结构单位是核小体,由147 bp DNA缠绕的组蛋白八聚体组成,组蛋白多种翻译后修饰是表观遗传信息的承载基础。DNA复制时染色质打开然后重新建立,使得DNA复制和染色质复制的偶联,在此过程中亲本染色质携带的表观遗传信息被分配到新合成的子链DNA,因此染色质重建也是表观遗传信息继承的基础,维持基因组和表观基因组稳定。染色质重建的起始步骤是DNA复制偶联的核小体组装,同时也是表观遗传信息继承的关键一环,其核心是DNA合成和核小体组装的偶联。
碱基配对形成了双螺旋结构的DNA,两条链的互补性决定了DNA是以半保留的方式进行复制。组成DNA的两条链是反向平行的,因此解螺旋的DNA的两条单链具有方向,一条是5 -3 ,另一条链是3 -5 ,但是DNA聚合酶都是5 -3 方向进行合成的,导致复制叉上两条链的合成方向相反。由此DNA复制的一条链是向复制叉前进的方向连续合成,称之为前导链,而另一条链的合成方向和复制叉前进的方向相反,先合成小片段DNA然后连接成完整的DNA分子,这个机制是冈崎夫妇发现的,所以这些短片段称之为冈崎片段,这条链称之为滞后链。
滞后链冈崎片段合成先是Pol 合成带有一段RNA的DNA引物,然后发生聚合酶Pol 到 Pol 的转换,Pol 继续合成冈崎片段。其间Pol 通过链置换反应入侵前一个冈崎片段,将含有RNA的保真度较低引物置换,形成单链翘起,进而招募Fen1等核酸酶进行切除被置换的单链DNA,产生的缺口被DNA连接酶(酵母中是Cdc9)连接,保障冈崎片段成熟,形成完整连续的滞后链DNA。伴随冈崎片段合成,核小体也会迅速组装,以免DNA暴露。前期Whitehouse和Smith的研究表明,真核生物的冈崎片段大小与核小体DNA和连接DNA的长度相当,且连接位置在核小体近中轴区,提出滞后链上核小体可以阻碍Pol 的行进决定冈崎片段的长度。由于没有直接证据,核小体组装和冈崎片段成熟过程的协同机制尚不明确,李晴课题组发展了电镜核酸技术,对此机制进行了解析。
北京大学生命科学学院、北大-清华生命科学联合中心李晴课题组在Science Advances发表题为DNA polymerase subunit Pol32 binds histone H3-H4 and couples nucleosome assembly with Okazaki fragment processing的研究论文,巧妙利用DNA连接酶降解体系,应用电镜核酸技术观察酵母细胞中DNA复制叉中间体结构,发现核小体中组蛋白和DNA的相互作用决定了链置换的位置,而且DNA聚合酶 的Pol32亚基在C端有一个组蛋白H3-H4的结合区域,可以直接贡献于后随链上的核小体组装,揭示了后随链上DNA合成和核小体组装的协同机制。
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