揭示DNA復(fù)制總是從5’端向3’端進行之謎

--通過研究一種逆向反應(yīng)的酶，科學(xué)家們猜測為何DNA復(fù)制總是沿著正向進行。

核苷酸鏈，如DNA和RNA，是由利用另一條互補的鏈進行復(fù)制而進行合成的。這種復(fù)制過程總是沿著正向進行的，即從5’端向3’端進行，記為正向反應(yīng)。在這一過程期間，將要被復(fù)制的雙鏈DNA的兩條鏈分開，并且彼此反方向?qū)R，這就讓事情變得更為復(fù)雜。

當(dāng)DNA復(fù)制時，其中的一條鏈能夠持續(xù)地合成，而另一條鏈則是先合成出很多片段，然后再連接在一起。生物學(xué)上的重大問題之一就是為何細胞沒有逆向反應(yīng)的酶以便兩條鏈能夠地合成。

zui近，科學(xué)家們已發(fā)現(xiàn)一組被稱為Thg1樣蛋白（Thg1-like protein, TLP）的酶，而且還發(fā)現(xiàn)這些酶在逆向上利用堿基配對的方式將核苷酸加入截斷的tRNA分子的5’端上，記為逆向反應(yīng)。在這個方向上添加核苷酸的情形是非常罕見的。TLP是例外，在逆向上添加核苷酸來修復(fù)受損的RNA的“另一端（即5’端）”。

在一項新的研究中，來自日本北海道大學(xué)的Min Yao和她的團隊利用X射線晶體衍射方法揭示出TLP/RNA復(fù)合體結(jié)構(gòu)。這讓他們能夠認(rèn)識TLP在逆向上添加核苷酸的復(fù)雜機制。相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表在Science Advances期刊上，論文標(biāo)題為“Template-dependent nucleotide addition in the reverse (3′-5′) direction by Thg1-like protein”。

他們的結(jié)構(gòu)分析揭示出TLP催化的這種核苷酸添加反應(yīng)分兩步完成：利用ATP/GTP激活tRNA分子的5’端，然后將核苷酸添加到這個末端上。第二步在正向反應(yīng)中也可觀察到。這種逆向反應(yīng)的*之處在于開始時招募能量分子，即ATP和GTP。這種酶明顯利用招募到的能量分子將合成方向由正向切換到逆向。

研究人員猜測這種逆向進行復(fù)制的酶并不用于DNA復(fù)制之中，這是因為它需要一種結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜的過程。

Yao說，“通過更加詳細地比較正向反應(yīng)和逆向反應(yīng)的分子機制，我們將能夠充分地理解DNA復(fù)制的進化環(huán)境。”