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中研院用冷凍電顯 看到DNA不完美配對結構

2021-01-19 12:45中央社 記者吳欣紜台北19日電
DNA
  • 中研院
  • 基因

人類遺傳多樣性來自父母同源染色體配對互換,而酵素DMC1可容忍不完美的DNA互換,中研院用冷凍電顯發現DMC1獨特結構,闡述酵素如何調控DNA達到完美互換的關鍵機制。

中研院今天召開記者會公布最新研究成果,中研院生物化學研究所院士蔡明道、副研究員何孟樵,與台灣大學生化科學所教授冀宏源及化學系教授李弘文研究團隊透過冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)技術發現DMC1蛋白具有獨特的結構可容許不完美的DNA序列配對。

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冀宏源今天在記者會中表示,遺傳的多樣性跟基因多樣性有高度相關,其中在減數分裂時期DNA序列的互換,是人類遺傳多樣性很重要的過程,但過去研究僅知DMC1及RAD51是染色體配對時的重要催化酵素,其中DMC1可以容忍不完美的DNA配對、RAD51則無法,卻不知道其中機制。

冀宏源表示,為了解為什麼DMC1可以容忍不完美的配對並看到其蛋白結構,研究團隊純化出高純度的DMC1酵素,並讓它在體外與不完美的DNA基因結合,後續再利用冷凍電子顯微鏡觀察其結構,看到DMC1蛋白和DNA彼此相互作用的分子細節。

根據研究結果,何孟樵指出,研究團隊以冷凍電顯技術成功解出原子級解析度的DMC1-DNA複合體的結構,與RAD51比對後發現有3個特殊胺基酸的不同,且也觀察到DMC1藉由在結構上提供較大的空間與支持,允許DNA不完美序列配對。

何孟樵說,研究團隊也進一步突變DMC1蛋白上的胺基酸,並且藉由冷凍電顯技術和分子模擬觀察到,突變確實能改變DNA結合空間的大小及穩定性。

冀宏源指出,看到蛋白質結構後可以藉此知道哪些胺基酸參與了過程,未來對於不孕症的患者,也許可透過觀察是否有相同的胺基酸突變,來推測是否造成不孕等,至於如何透過基因治療改善,那則是另一個更遠的課題。

中研院表示,此研究成果已於14日發表在國際頂尖期刊「自然通訊」(Nature Communications)。

DNA 中研院 基因
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