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研究揭示染色体结构维持复合物-Smc5/6的组装及调控机制

2024-06-19 上海免疫与感染研究所
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6月18日,中国科学院上海免疫与感染研究所王岚峰研究组联合复旦大学陈振国课题组、美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心赵晓岚课题组,在《自然-结构与分子生物学》(Nature Structural & Molecular Biology)上发表了题为Cryo-EM structures of Smc5/6 in multiple states reveal its assembly and functional mechanisms的研究论文。

真核生物的基因组装配成高度有序而动态多变的染色质,进一步凝缩形成染色体作为遗传信息的载体。染色体结构维持复合物(SMC)的多亚基蛋白机器在这一过程中发挥重要作用。真核生物的SMC包括cohesin、condensin和Smc5/6复合物。

Smc5/6复合物由Smc5、Smc6和六个非SMC元件(Nse1-6)8个亚基组成,但完整Smc5/6复合物的结构信息的缺失阻碍了对其多元化生物学功能的研究。该团队利用杆状病毒昆虫表达体系制备了高度均一的蛋白复合物样品,采用冷冻电镜技术解析了酿酒酵母Smc5/6复合物的三种不同状态的三维结构。其中,8亚基Smc5/6复合物分辨率达3.2埃,为在原子水平阐明该复合物的组成模式与功能机制奠定了结构基础。

研究发现,因独特的Nse2亚基和Smc5的结构特性,该复合物形成了长度为~46 nm的“长杆”结构,这与SMC家族其他成员的“臂折叠”结构不同。进而,该研究鉴定到Nse2亚基包含由~3-turn螺旋形成的“楔形”结构基序以及Nse6亚基的N端的“钩状”结构基序。两个结构基序通过桥接Sm5-Smc6异源二聚体,在维持整个复合物的稳定性及DNA修复中的功能发挥重要作用。

该研究通过多种不同状态的结构分析,发现Nse1-3-4和Nse5-6亚复合物的结构高度稳定,提示复合物组装过程可能是通过模块化方式实现的。同时,研究在结构上阐明了Nse1-3-4和Nse5-6两个亚复合物拮抗调控Smc5/6复合物ATPase活性的分子机制。研究依据ATPase酶活性的不同推测,Smc5/6-8mer完整复合物代表了“半抑制”状态;而缺失Nse1-3-4的-5mer复合物是无活性的中间态;一旦Nse5-6从-8mer复合物上解离,-6mer则显示出更活跃的状态。这种调节机制在SMC家族的其他复合物中并不常见,提示Smc5/6复合物在DNA操纵过程中具有独特的调控机制。

上述成果为剖析Smc5/6复合物的功能机制奠定了结构基础,对于进一步探究其在相关疾病发生发展中的潜在作用具有重要意义。

研究工作得到国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项(B类)、上海市市级科技重大专项的支持。

论文链接

研究揭示染色体结构维持复合物-Smc5/6的组装及调控机制

Smc5/6复合物三种不同状态的结构及相关ATP酶活性变化的模式图

打印 责任编辑:侯茜

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