揭示DNA復(fù)制總是從5’端向3’端進(jìn)行之謎

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

核苷酸鏈，如DNA和RNA，是由利用另一條互補(bǔ)的鏈進(jìn)行復(fù)制而進(jìn)行合成的。這種復(fù)制過(guò)程總是沿著正向進(jìn)行的，即從5’端向3’端進(jìn)行，記為正向反應(yīng)。在這一過(guò)程期間，將要被復(fù)制的雙鏈DNA的兩條鏈分開(kāi)，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(shí)，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(wèn)題之一就是為何細(xì)胞沒(méi)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(duì)的方式將核苷酸加入截?cái)嗟膖RNA分子的5’端上，記為逆向反應(yīng)。在這個(gè)方向上添加核苷酸的情形是非常罕見(jiàn)的。TLP是例外，在逆向上添加核苷酸來(lái)修復(fù)受損的RNA的“另一端（即5’端）”。

在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自日本北海道大學(xué)的Min Yao和她的團(tuán)隊(duì)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(shí)TLP在逆向上添加核苷酸的復(fù)雜機(jī)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(gè)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(kāi)始時(shí)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(cè)這種逆向進(jìn)行復(fù)制的酶并不用于DNA復(fù)制之中，這是因?yàn)樗枰环N結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜的過(guò)程。

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