Nature新文章：DNA復制起始的“許可證”
日期：2015-03-12 08:49:31
來自約翰霍普金斯大學的科學家們構建出了起始識別復合物( Origin Recognition complex,) 的三維模型。ORC識別和結合特定DNA位點，啟動整個復制過程（延伸閱讀：華人學者解析DNA解旋機制的起源 ）。就像繪制出犯罪嫌疑人的圖像一樣，這一復雜的ORC模型幫助確立了這一至關重要的“目的蛋白”活性“情況”。新信息還揭開了另一個謎題：ORC的結果表明它并不總是像以前認為的那樣處于“開啟”（on）狀態，并且沒有人知道它是如何開啟和關閉的。
這項研究發表在3月11日的《自然》（Nature）雜志上。
生物物理學和生物物理化學教授James Berger博士說：“盡管ORC蛋白機器對于生命至關重要，但我們對于它的運作機制卻知之甚少。通過了解它的樣子，以至每個原子的排列，我們認識了它與DNA互作的位置以及它是如何工作的。”
多細胞生物在細胞分裂之時進行生長。而在細胞分裂之前，它必須為新細胞生成組成元件副本。由于DNA信息被密封在DNA雙鏈內部，訪問和復制信息之前一種叫做復制體（replisome）的專門的機器必須要解開DNA鏈。
一個叫做MCM的馬達是復制體的關鍵組成部分，它負責解開配對的DNA鏈。MCM是一個閉合的蛋白質環，在它環繞DNA長鏈之前必須首先要打開它。ORC負責解決這一問題。它可以打開MCM環，讓其能夠環繞并解開DNA。
過去已經知道ORC是一個6亞基蛋白質復合體，其中有5個亞基形成了一個微微張開的環，第六個亞基Orc6形成了一條尾巴。Orc6錯誤可引起一些裝配問題，影響整個機器的功能，導致一種叫做Meier-Gorlin綜合征的侏儒癥。為了更多地了解這一復合物運作的機制，Berger實驗室的博士后研究人員Franziska Bleichert從果蠅細胞中提取了這一蛋白，并通過誘導它變成微小的晶體來固定住它。她隨后利用高度會聚的光束向晶體照射高能X射線分析了它的結構。生成的數據使得她以十億分之一英寸的尺度逐個原子構建出了這一蛋白質的精確形狀。
她的模型揭示出了Orc6連接ORC環的確切位置，并解釋了蛋白質中的一些錯誤造成嚴重破壞的機制，不過功能失調的ORC引起侏儒癥的原因仍然是一個謎。
這一三維模型還揭示出了一種意外的調控機制。過去人們認為ORC總是“開啟”，但在它發揮作用的細胞核中卻并非一直是這種狀態。這一模型顯示它可以一種失活狀態存在，由此提出了一個問題：它是如何開啟和關閉的？
Berger說：“事后看來，對ORC存在另一個層面的調控并不奇怪。例如，只要卵細胞一受精，它就必須立即行動通過多輪的細胞分裂來構建出胚胎，這首先要求進行DNA復制。這種失活的狀態使得卵細胞能夠將ORC儲存在細胞內當需要之時就可以用到它。”他的研究小組打算很快驗證這一觀點。
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