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没了它真不行:北大团队发现DNA同源重组过程的关键角色

olivia chan

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遗传物质DNA记录着成千上万个基因讯息,是人体生长发育的指导手册。DNA同源重组作为三代DNA代谢途径之一,是常见的生物事件。同源重组(Homologous Recombination)是指两股具有相似序列的DNA重新排列,使遗传物质发生交换,促进生命体进化。

简单来说,同源重组的机制就是针对目的基因两端的片段,来设计带有相同片段的重组载体;然后将重组载体导入到胚胎干细胞;此时重组载体与胚胎干细胞中相同的两端片段即会发生同源重组。然而其中有一个问题悬而未决,那就是细胞是如何进行末端切除之后保证绝对完整的。在同源重组的末端切除和DNA双链断裂(DSBs)修复的这一过程中,从DNA双链断裂处的5'链中去除了几千个碱基,但3'链则完好无损。科学界尚未确定保护3'突出端的机制。

近日,北京大学生命科学学院孔道春实验室对保护末端绝对完整的这一机制获得了进展,发现了同源重组过程中的一个必须中间体:RNA-DNA杂交链,以及一个必须因子:RNA聚合酶III。

研究团队确定了对3链突出端的保护是通过暂时形成的RNA-DNA杂交链来实现的:通过RNA聚合酶III合成RNA链,再与3’链的DNA突出端合成,形成RNA-DNA杂交链。因此,RNA聚合酶III是同源重组过程当中的一个必须因子。

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(图摘自论文graphical abstract)

此外,研究团队还发现了MRN蛋白复合物会积极地将RNA聚合酶III吸引到DNA双链断裂处。在RNA的合成过程中,CtIP和MRN核酸酶活性是必不可少的。若降低RNA聚合酶III水平,则可抑制同源重组的发生,并导致DNA双链断裂处增加> 30 bp的遗传损失。

因此,研究结果表明,RNA聚合酶III是DNA同源重组必不可少的因子,而RNA-DNA杂交链是用于保护DNA双链断裂修复中3'链突出端的必不可少的修复中间体。

研究揭开了DNA同源重组机制的面纱,将科学界对于同源重组机制的基础认知提升了一个层次,并一系列长期悬而未决的问题带来了解决的希望。

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.01.048


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