今年4月，清華大學(xué)博士生導(dǎo)師王宏偉教授接替施一公教授，成為生命科學(xué)學(xué)院院長（施一公不再擔(dān)任清華大學(xué)生科院院長）。王教授主要從事冷凍電子顯微學(xué)研究，利用這一技術(shù)分析生物大分子復(fù)合體的結(jié)構(gòu)與分子機(jī)理。12月12日，其研究組在Nature Structural & Molecular Biology雜志上公布了最新研究成果：獲得了人RAD51-DNA復(fù)合物的近原子分辨率結(jié)構(gòu)，這對于解析DNA同源重組過程中的分子機(jī)制具有重要意義。

在真核細(xì)胞中，非同源末端連接(NHEJ)和同源重組（HR）是介導(dǎo)DSB修復(fù)的兩個重要信號通路。其中HR利用了姐妹染色單體中的同源序列作為模板來引導(dǎo)修復(fù)合成及恢復(fù)染色體完整性，是一種無錯誤的DSB修復(fù)機(jī)制。

研究顯示，真核生物中同源重組的一個關(guān)鍵步驟在于一種稱為Rad51重組酶，這種蛋白發(fā)揮著鏈轉(zhuǎn)移或鏈交換活性，啟動DNA同源配對的作用，即在單鏈DNA（ssDNA）上組裝，生成螺旋纖維搜索同源雙鏈DNA（dsDNA），從而在最初的單鏈DNA與互補(bǔ)鏈之間形成新的配對堿基。關(guān)于這個過程，還存在許多未解之謎。

在這篇文章中，研究人員利用冷凍電鏡cryo-EM技術(shù)獲取了突觸前和突觸后人RAD51-DNA復(fù)合物的近原子分辨率結(jié)構(gòu)，這對于解析DNA同源重組過程中的分子機(jī)制具有重要意義。

從這一結(jié)構(gòu)中，研究人員發(fā)現(xiàn)了人RAD51-DNA復(fù)合物與相應(yīng)原核生物復(fù)合物的相同與不同的結(jié)構(gòu)特征，其中特別值得注意的是這一研究也捕獲了突觸復(fù)合物結(jié)構(gòu)，從而為了解同源搜索，DNA鏈交換過程提出了新的見解。

冷凍電鏡技術(shù)對于結(jié)構(gòu)生物學(xué)的發(fā)展具有重要意義，1995年，Richard Henderson曾作過一個大膽的預(yù)測：在理想條件下，用冷凍電鏡cryo-EM檢測蛋白結(jié)構(gòu)，應(yīng)該可以達(dá)到3 Å的分辨率。其后這個預(yù)言很快就實(shí)現(xiàn)了。2013年發(fā)表的兩項冷凍電鏡研究就采用了新型檢測設(shè)備，將cryo-EM的分辨率推向極限。在此之后這一技術(shù)領(lǐng)域的不少成果不斷涌現(xiàn)。

今年7月，王宏偉教授課題組還利用這一技術(shù)析了酵母Exo-Ski7的RNA-free和RNA-bound兩種構(gòu)象的4.2埃和5.8埃的三維結(jié)構(gòu)，并通過觀察一系列RNA結(jié)合狀態(tài)的Exosome復(fù)合體的結(jié)構(gòu)差異揭示了RNA底物介導(dǎo)的Exosome復(fù)合物構(gòu)象轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用的結(jié)構(gòu)元件。

研究人員結(jié)合生化數(shù)據(jù)，揭示Ski7和Rrp6與十亞基Exosome復(fù)合物結(jié)合的競爭性關(guān)系，提出Exosome復(fù)合物在不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)選擇不同RNA底物進(jìn)行降解的可能機(jī)制。