最近，沙特國王科技大學（King Abdullah University of Science and Technology，KAUST）的研究人員，揭開了DNA復制過程中的一個關(guān)鍵奧秘。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在最近的國際頂級學術(shù)刊物《Nature》。延伸閱讀：細胞學突破：首次復制收縮環(huán)的結(jié)構(gòu)。

在一個細菌分裂之前，它必須通過一個稱為DNA復制的過程，復制其遺傳物質(zhì)——類似成束橡皮筋的循環(huán)DNA分子。在這個過程中，兩條DNA構(gòu)成了松散的環(huán)狀DNA分子，并分開成為生成新鏈的模板。

為了確保這個過程被很好的調(diào)節(jié)，細菌還設(shè)置了許多“路障”，或DNA上的終止位點，以確保復制叉的永久停止，復制叉是DNA分子分裂時鏈之間形成的Y型結(jié)構(gòu)。

這項研究，是由KAUST博士生Mohamed Elshenawy和KAUST生物和環(huán)境科學與工程部門的副教授Samir Hamdan，以及來自澳大利亞臥龍崗大學的同事合作完成的，這項研究闡釋了“為什么在體外終止位點能夠永久地停止復制叉，而在活細菌中，超過50%的復制叉（靠近終止位點），會持續(xù)不停的合成”。

一個終止位點包含23個堿基對的終止序列（Ter），它們與Tus蛋白結(jié)合。Tus-Ter復合體的不尋常之處在于，它能夠通過讓復制叉從一個（而不是另一個）方向前進，解開一條攀登繩上的繩結(jié)。這個極性設(shè)置了一個“陷阱”，允許第一個達到的復制叉進入，直到另一個復制叉抵達，才離開終點區(qū)域。

Hamdan和他的研究團隊認為，來自運動（或動力學）的能量，可能作用于這些終止位點。他們用單分子成像技術(shù)記錄這些分子過程，以高時空的分辨率，聚焦于大腸桿菌復制叉的命運，因為它們接近于來自任一方向的一個終止位點。

他們的研究結(jié)果表明，極性和復制叉捕獲的效率，是由Tus取代率和Tus-Ter相互作用之間的一種競爭所決定的。Tus-Ter相互作用，可堵塞兩種不同機制引起的較慢的移動復制體。這意味著更快移動的復制叉可敲擊Tus-er重排并取代Tus，而較慢移動的復制叉則被有效地堵塞。

這解決了困擾我們對DNA復制理解的一個長期存在的奧秘，對所有領(lǐng)域生命的理解也有重要影響。Hamdan強調(diào)說：“對于酶學領(lǐng)域來說，這些研究結(jié)果是引人注目的。”他指出，在催化過程中個別酶會發(fā)生波動，這個波動頻率在可能相同的酶分子之間是有差異的，這都是單分子成像對生物學的新貢獻。

Hamdan解釋說：“這項研究首次證明，酶分子的這些特性實際上會影響生物學。”

分子馬達和雙鏈DNA結(jié)合蛋白之間的交流，是DNA復制、修復、重組和轉(zhuǎn)錄中的一個共同特點，也存在于這些過程之間發(fā)生沖突的情況下。Hamdan說，對不同分子馬達的不同反應的演化，可能調(diào)節(jié)著這些過程之間的交流。