eLife:浙江大学华跃进教授团队揭示核酸酶RecJ参与DNA损伤末端处理

2016年4月8日，国际知名期刊《eLife》在线发表了浙江大学农学院原子核农业科学研究所华跃进教授课题组题为“Structural basis for DNA 5′-end resection by RecJ”的研究论文。博士生程凯莹为论文第一作者，赵烨副教授和华跃进教授为论文通讯作者。

耐辐射奇球菌(Deinococcus radiodurans)作为迄今为止发现的最具辐射抗性的生物之一，其强大的DNA双链断裂修复能力一直被视为研究的焦点。DNA双链断裂修复途径初始阶段有一个重要的过程，依赖核酸酶/解旋酶处理损伤的DNA末端，形成突出的3′单链DNA末端，以便后续的链交换同源重组。目前普遍认为，核酸酶RecJ、解旋酶RecQ和单链结合蛋白SSB相互协作参与了这个过程。本团队长期关注这一过程，前期研究成果分别鉴定了相关蛋白的生理和生化特点(J Bacteriol，2015;Front Microbiol，2015)。为了研究该过程具体的分子机制，本研究解析了耐辐射奇球菌RecJ蛋白(drRecJ)与底物DNA的复合体结构，drRecJ与产物(dTMP)复合体结构，以及drRecJ、DNA与SSB蛋白C末端肽段的三元复合体结构，并进行了相应的生化实验验证。研究表明drRecJ利用双金属离子催化机制，其底物ssDNA末端碱基与倒数第二个碱基形成180度U形拐角，有利于活性位点对磷酸骨架的固定及打断。活性位点的5′磷酸结合口袋保证了蛋白对5′端底物ssDNA的识别，以及5′-3′外切酶方向的特异性。位于DNA进口处的三个α螺旋构成的“门”结构，保证了drRecJ只能容纳单链DNA进入活性位点。活性中心区域DNA结合通道以及OB结构域多个残基对DNA的稳定结合，保证了DNA的高效运输以及切割的连续性。SSB蛋白 C末端肽段结合在drRecJ蛋白 C端结构域的一个疏水口袋里，解释了SSB对RecJ的招募以及活性加强机制。RecQ的加入，促进了drRecJ对带有3′-overhang双链DNA的切割，完美地演绎了RecJ，SSB和RecQ三者参与的RecF途径对任何形式DNA损伤末端处理的过程。

原文链接：

Structural basis for DNA 5´-end resection by RecJ

原文摘要：

The resection of DNA strand with a 5´ end at double-strand breaks is an essential step in recombinational DNA repair. RecJ is the only 5´ nuclease involved in the RecF recombination pathway. Here, we report the crystal structures of Deinococcus radiodurans RecJ in complex with deoxythymidine monophosphate (dTMP), ssDNA and the C-terminal region of single-stranded DNA-binding protein (SSB-Ct). A terminal 5´-phosphate-binding pocket determines the 5´-3´ polarity of the deoxy-exonuclease of RecJ; a helical gateway at the entrance to the active site admits ssDNA only; and the continuous stacking interactions between protein and nine nucleotides ensure the processive end resection. The active site of RecJ contains two divalent cations that coordinate the nucleophilic water. The C-terminal domain of RecJ binds the SSB-Ct, which explains how RecJ and SSB work together to efficiently process broken DNA ends for homologous recombination.

DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.14294

作者：华跃进