近日，我校生命學院孫博教授課題組與法國國家科研中心奚緒光教授課題組合作在知名學術期刊eLife雜誌上在線發表題為「Human RPA activates BLM's bidirectional DNA unwinding from a nick」的研究論文。研究首次揭示了修復型DNA解旋酶Bloom syndrome helicase（BLM）在人類複製蛋白A（human Replication Protein A, hRPA）的協助下，由雙鏈DNA中的單鏈斷裂（nick）處起始進行雙向解旋的模式和機制。該論文不僅介紹了BLM解旋酶這種新型工作模式，同時也為理解其參與DNA損傷修復過程的潛在功能提供了新的線索。
作為遺傳信息的載體，DNA通常以穩定的雙鏈結構形式存在，而遺傳信息的讀取往往以單鏈DNA為模板。在生命體中，雙鏈DNA轉變為單鏈DNA的這一過程是由一類特殊蛋白質——解旋酶（helicase）利用NTP水解提供的能量來完成的。該類蛋白參與DNA複製、修復、重組等幾乎所有的DNA代謝過程。可想而知，解旋酶功能的缺失會導致基因組的不穩定以及相應疾病的發生。本論文的研究對象BLM便是參與DNA雙鏈斷裂的同源重組修復中的重要解旋酶。它的基因突變會增加細胞基因組突變概率，可能引起Bloom綜合症（面部紅斑侏儒症候群），甚至導致腫瘤的發生。因此BLM在維持基因組穩定性中扮演著關鍵角色，對BLM的研究對於深入理解生物體如何維持基因組完整性，以及由其引發的相應疾病起到至關重要的作用。
前期研究表明BLM解旋酶與多種蛋白質相互協作，在DNA複製和損傷修復過程中，解旋不同結構的DNA底物。在本文中，研究人員將光鑷技術與共聚焦螢光顯微技術相結合，實時動態觀測BLM解旋酶在單根DNA分子上的解旋過程（圖1A）。他們發現BLM本身雖然可以從DNA nick處啟動單一方向的解旋，但是該過程需要極高濃度的蛋白以及施加於DNA上的外力協助完成。而hRPA可以通過大大降低所需蛋白濃度以及降低所需外力來幫助BLM進行解旋。出人意料的是，hRPA可以進一步激活 BLM解旋酶由DNA nick處起始的雙向解旋模式（圖1B）。研究人員進一步對其潛在的分子機製做了深入研究，證實該過程不需要兩種蛋白的特殊相互作用，但自由的hRPA是必要的。
該工作首次報導的BLM雙向解旋方式增加了對其解旋模式的認識，也為對BLM和hRPA合作參與的DNA同源重組修復提供了新的理解。BLM識別nick的能力有助於重組蛋白定位DNA損傷，並幫助募集其它所需蛋白。hRPA激活的BLM雙向解旋模式可能進一步幫助生成長單鏈DNA，便於尋找同源DNA進行重組修復。
本論文中，孫博課題組2017級博士生秦振恆和博士後畢路路為共同第一作者，孫博教授和奚緒光教授為本文的共同通訊作者，上科大為第一完成單位。該研究工作得到了得到了科技部、上海市科委以及上科大科研啟動基金的支持。
論文連結：
https://elifesciences.org/articles/54098
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圖1：A，BLM解旋的螢光光鑷實驗示意圖；B, hRPA的螢光信號表明BLM由DNA nick處起始的單向以及雙向解旋。