蛋白质上海设施电镜用户解析人源DNA-PK复合物结构
时间 : 2017-09-07     

2017年8月25日,国家蛋白质科学研究(上海)设施电镜分析系统用户复旦大学附属肿瘤医院徐彦辉研究组在Cell Research杂志在线发表题为“Cryo-EM structure of  human DNA-PK holoenzyme”的研究论文,利用冷冻电镜单颗粒重构方法,解析了DNA损伤修复系统中关键大分子复合物DNA-PK中等分辨率(6.6Å)冷冻电镜结构,阐明了DNA-PK复合物组装,活性调控和DNA末端保护的分子机制。  

生物体的遗传物质DNA会经常发生断裂导致基因组的不稳定甚至是细胞变异和生物体的病变。细胞具有完备的DNA损伤修复系统,会及时对这样的“伤口”进行修复。DNA损伤修复系统的失调将可能导致包括肿瘤和免疫缺陷疾病在内的多种疾病发生。DNA依赖的蛋白激酶复合物(DNA-PK)在非同源末端连接(NHEJ)发挥着重要作用,是DNA损伤修复的关键蛋白复合物。对DNA-PK复合体的结构研究一直进展缓慢,阻碍了对修复系统工作机制的充分理解。   

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1DNA-PK整体构正面、面和背面角模型 

    来自徐彦辉课题组的研究人员先后解决了复合物样本制备、冷冻条件优化、优势取向和模型搭建等技术难题,成功获得了DNA-PK复合物的6.6Å分辨率的结构模型。DNA-PK复合物含有四个组分,即催化亚基DNA-PKcsDNA结合蛋白KU70KU80、以及DNA,组成为650KDa的全酶复合物。通过结构和生化水平的分析,研究人员发现KU70/80可以诱导DNA-PKcs发生构象变化,使得酶活性区域的“口袋”张开,极大增强其激酶活性。KU80DNA-PKcs通过形成一个类似“门栓”的结构保护DNA末端,使其不能够被其他蛋白酶降解。这项研究工作对DNA-PK的结构和功能研究有重要的推动作用,为后续深入研究DNA损伤修复机制奠定了基础。 

  

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2DNA-PK装和活激活的分子模型 

    该项工作由复旦大学附属肿瘤医院徐彦辉课题组与清华大学王佳伟课题组合作完成。该项工作得到了科技部重点研发计划,中科院先导专项,国家自然科学基金的支持。国家蛋白质科学研究(上海)设施电镜分析系统Titan Krios 300kV冷冻电镜为本课题的顺利开展提供了重要的保障,平台管理和服务人员提供了关键的技术支持。 

  论文连接:https://www.nature.com/cr/journal/vaop/ncurrent/pdf/cr2017110a.pdf

(上海设施提供)