《Nature》子刊:中研院、臺大共解減數分裂基因互換關鍵機制

撰文記者 巫芝岳
日期2021-01-19
《Nature》子刊:中研院、臺大共解減數分裂基因互換關鍵機制。圖右二至四分別為中研院何孟樵副研究員、蔡明道院士、臺大學生化所冀宏源教授 (圖片來源:中研院提供)

報導/巫芝岳

今(19)日,中研院生物化學研究所團隊發表一項研究成果,成功透過冷凍電子顯微鏡(cryo-EM),以分子結構解謎與父母染色體配對相關的酵素「DMC1蛋白」,是如何調控DNA,以達到完美互換的關鍵機制。研究成果14日發表在國際頂尖期刊《Nature Communications》。

DMC1是主要催化父母染色體配對與互換的酵素,可以協助不完美的DNA配對,並達成完美的DNA互換。

然而,減數分裂時期DNA序列「不精準」的互換,反而是造就人類遺傳多樣性很重要的過程。不過對於DMC1酵素如何「容忍」DNA不完美配對的分子機制,過去科學家尚未完全解開。

為了研究這項機制,由中研院生化所蔡明道院士、何孟樵副研究員,與臺大學生化所冀宏源教授、化學系李弘文教授組成的研究團隊,純化出高純度的DMC1酵素,並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。

研究團隊因而得以洞見DMC1蛋白和DNA彼此相互作用的分子細節,且發現在DNA錯誤配對的位置,DMC1會藉由在結構上提供較大的空間與支持,以允許DNA不完美序列配對。

研究團隊進一步突變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。接續再利用生化及單分子實驗證實,蛋白質結構空間的改變與DNA錯誤配對的容忍性高度相關。

此外,解析DMC1-DNA複合體結構的成果,對於因DMC1突變而造成的不孕,及染色體分配不均而導致的疾病,也提供分子層次上可能的解釋。