基因支持著生命體的基本構(gòu)造和性能,基因序列穩(wěn)定性的維護是遺傳信息完整傳承和細胞生存的至關(guān)重要的條件,在DNA復制過程中復制叉的建立和其在染色體上移動的精確控制確保了基因序列的穩(wěn)定。在細胞周期S期中,DNA進行復制合成,復制體復合物沿著染色體移動決定活化的復制叉的功能。在整個復制過程中,MCM2-7,GINS和Cdc45蛋白共同組裝成一個具有解旋酶活性的復合物來解旋雙鏈DNA。已有研究揭示了Cdc45-MCM-GINS（CMG）復合體的分子結(jié)構(gòu),結(jié)合最近的研究發(fā)現(xiàn)Cdc45蛋白沿著染色體運動的方式與MCM不同,但Cdc45蛋白是如何沿著染色體移動的并且這種移動對CMG復合體功能的影響,我們知之甚少。泛素化修飾是蛋白的翻譯后修飾之一,是指泛素分子與細胞內(nèi)目標蛋白相結(jié)合并對目標蛋白進行特異性修飾的過程。蛋白的泛素化修飾在蛋白質(zhì)的定位、代謝、功能、調(diào)節(jié)和降解中都起著十分重要的作用。本研究發(fā)現(xiàn)在釀酒酵母中,Cdc45蛋白能夠被單泛素化修飾,依據(jù)生物信息學分析,我們發(fā)現(xiàn)Cdc45蛋白存在10個潛在的泛素化修飾位點,然而這些位點中是否存在泛素化修飾位點?以及形成泛素化后是否會對Cdc45蛋白功能產(chǎn)生... 

【文章來源】：華中科技大學湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

CMG解旋酶解旋DNA鏈的四種模型猜想[202]

在DNA復制的過程中,CMG復合體作為解旋酶在DNA鏈上進行移動,三者之間的結(jié)構(gòu)一直是研究關(guān)注的重點。已有研究表明,復制開始前,兩個MCM2-7同源六聚體以Mcm5-Mcm3-Mcm7-Mcm4-Mcm6-Mcm2的方式首尾相接形成一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)結(jié)合在染色體的DNA鏈上[66,205,206]。在不同的生物體中,我們發(fā)現(xiàn)這六個亞基它們的結(jié)構(gòu)相關(guān)且高度保守,組成MCM/P1家族。其中每一個MCM亞基均擁有一個N-端可以與DNA相互作用區(qū)域[207,208]和一個C-端動力區(qū)域,研究發(fā)現(xiàn)C-端動力區(qū)域?qū)儆贏AA+(ATPases associated with diverse cellular activities)超家族,它可以與ATP結(jié)合,具有ATP酶依賴的活性[209]。其中,MCM5和MCM2之間的相互作用比較微弱,在ATP的作用下,通過這兩者之間的斷開與連接,MCM存在著開環(huán)和閉環(huán)兩種狀態(tài)(圖1-8)。當ATP缺失時,我們發(fā)現(xiàn)MCM2和MCM5兩個亞基之間的連接是斷開的(圖1-8A);而在ATP存在的情況下,MCM復合物通過其C-端的AAA+區(qū)域與ATP結(jié)合,從而引起MCM構(gòu)象的改變而將MCM六聚體的各個亞基向中間拉攏,MCM5和MCM2之間重新建立連接,此時MCM環(huán)處于閉合狀態(tài)(圖1-8B),從而阻止MCM六聚體從染色體DNA鏈上滑脫。

除此之外,GINS復合物與MCM3、MCM5亞基結(jié)合,Cdc45蛋白與MCM2亞基相互作用,因此,由GINS、Cdc45和MCM外周也共同形成一個孔道。在DNA雙鏈解旋時,其中與后隨鏈結(jié)合的一條鏈從這個孔道穿過,而另一條與前導鏈結(jié)合的鏈則從MCM環(huán)中心穿過[210-213](圖1-9A)。因為CMG復合體可以越過結(jié)合后隨鏈的DNA鏈上的障礙,而不能越過結(jié)合前導鏈的DNA鏈上的障礙的這一現(xiàn)象[124,202],我們假設Cdc45蛋白或許與MCM擁有著不同的在染色體上移動的方式。CMG復合體的結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn),無疑為這種假設提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。進一步的研究發(fā)現(xiàn),在DNA復制過程中偶爾出現(xiàn)MCM環(huán)打開時,前導鏈會從MCM中心環(huán)滑脫到由GINS、Cdc45和MCM外周共同形成的孔道中,并由于Cdc45蛋白與DNA鏈相互之間不太牢固的作用的存在[199,200,214,215]而與Cdc45蛋白結(jié)合(圖1-9B),隨后再將DNA重新導回到MCM環(huán)中心。CMG復合體的這種構(gòu)象的形成有助于避免隨著CMG復合體沿著復制叉移動時,前導鏈從中心孔區(qū)的“逃逸”而導致CMG復合體從染色體上的脫離。從這個研究結(jié)論中,我們發(fā)現(xiàn)Cdc45蛋白在其中起著關(guān)鍵性的作用。正是Cdc45蛋白在前導鏈將要滑脫時與其的快速結(jié)合,“抓住”了逃脫的前導鏈并將其導回到MCM環(huán)中,確保了后續(xù)DNA復制的繼續(xù)進行。而Cdc45蛋白是怎樣將前導鏈導回MCM環(huán)中的,我們?nèi)耘f不清楚。本文我們研究的重點正是Cdc45蛋白被泛素化修飾后在DNA復制過程中所起的作用。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]DNA拓撲異構(gòu)酶Ⅰ和Ⅱ的結(jié)構(gòu)特性及抑制劑的研究進展[J]. 許明錄,湯波.  河南科技學院學報. 2009(02)



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