Nucleic Acids Res:癌細胞中豐富的蛋白質可致機體DNA發生超螺旋

2020-12-13 生物谷

2013年3月13日 訊 /生物谷BIOON/ --近日，一篇刊登在國際雜誌Nucleic Acids Research上的研究報告中，來自美國南加州大學的研究者通過研究鑑別出了一種蛋白質，其可以通過改變DNA的拓撲學機構來使得DNA扭曲形成所謂的超螺旋。這項研究發現或許為我們理解癌細胞中名為微型染色體維持蛋白（MCM）以及其作用提供新的思路，一般來說，在癌細胞中，MCM的水平較高。

當我們抓住橡皮圈的一端，然後扭動另外一端，在扭動數圈之後，橡皮圈就會形成絞繩狀態，但是如果一直扭轉，這種扭曲股就會在原先扭曲的基礎上繼續扭曲。當然，DNA分子也可以被扭曲捲曲而改變其寬度形成不同的超螺旋結構。

染色體DNA會形成不同的超螺旋結構來完成許多重要的細胞過程。當其打開關閉一些基因的時候，其又可以通過別的方式來打開或者關閉另一些基因。這項研究揭示了，細胞中過多的MCM或許可以使得某些基因過表達，從而來關閉或者下調某些基因的表達，使得細胞失控從而變得具有癌性。

染色體DNA結構對於調節細胞中的基因表達以及生理狀態非常重要，改變DNA的拓撲結構對於控制染色體DNA的結構非常有效。MCM改變DNA拓撲結構的能力可以幫助研究者理解MCM在基因表達和癌症發生過程中所扮演的角色。

這項研究中，Chen和他的研究隊伍發現，MCM蛋白質可以形成一種類似於寬管一樣的細絲結構，DNA螺旋可以盤繞在這種結構的內壁。Chen說，這樣的表現非常罕見，當你看到的時候，它的確就表現出了一種特殊的功能，的確，帶正電的螺旋路徑可以吸引並且結合之DNA雙鏈上，而DNA雙螺旋又具有一個帶負電荷的磷酸骨架。

通過在螺旋細絲管中僅僅抓住DNA，保持其螺旋路徑，將會引發DNA雙螺旋改變其結構，產生新的超螺旋。未來研究者將進行深入研究來揭示MCM引發的DNA拓撲結構的改變如何影響癌細胞的形成，這對於開發抗癌療法也提供了幫助和希望。相關研究由NIH提供資助。（生物谷Bioon.com）

Mini-chromosome maintenance complexes form a filament to remodel DNA structure and topology

Ian M. Slaymaker1, Yang Fu1, Daniel B. Toso2,3,4, Nimna Ranatunga1, Aaron Brewster1,5, Susan L. Forsburg1, Z. Hong Zhou2,3,4 and Xiaojiang S. Chen1,*

Deregulation of mini-chromosome maintenance (MCM) proteins is associated with genomic instability and cancer. MCM complexes are recruited to replication origins for genome duplication. Paradoxically, MCM proteins are in excess than the number of origins and are associated with chromatin regions away from the origins during G1 and S phases. Here, we report an unusually wide left-handed filament structure for an archaeal MCM, as determined by X-ray and electron microscopy. The crystal structure reveals that an α-helix bundle formed between two neighboring subunits plays a critical role in filament formation. The filament has a remarkably strong electro-positive surface spiraling along the inner filament channel for DNA binding. We show that this MCM filament binding to DNA causes dramatic DNA topology change. This newly identified function of MCM to change DNA topology may imply a wider functional role for MCM in DNA metabolisms beyond helicase function. Finally, using yeast genetics, we show that the inter-subunit interactions, important for MCM filament formation, play a role for cell growth and survival.

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