II型DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶通過(guò)暫時(shí)切斷“門(mén)片段DNA”（G-DNA），使另一條雙鏈DNA（T-DNA）通過(guò)，從而解決復(fù)制、轉(zhuǎn)錄及染色體分離過(guò)程中產(chǎn)生的超螺旋與纏結(jié)問(wèn)題，是維持染色體拓?fù)浞€(wěn)定性不可或缺的酶類(lèi)。此前研究已部分解析了與G-DNA結(jié)合的II型拓?fù)洚悩?gòu)酶結(jié)構(gòu)，但對(duì)于T-DNA被酶捕獲和轉(zhuǎn)運(yùn)這一關(guān)鍵步驟，長(zhǎng)期缺乏直接的結(jié)構(gòu)證據(jù)?！　?/p>

　　日前，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所研究團(tuán)隊(duì)，解析了II型DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶直接結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)片段DNA（T-DNA）的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。研究團(tuán)隊(duì)以T4噬菌體II型拓?fù)洚悩?gòu)酶作為研究對(duì)象，揭示了這一類(lèi)酶在催化反應(yīng)循環(huán)中長(zhǎng)期缺失的中間結(jié)構(gòu)狀態(tài)，對(duì)學(xué)界理解其完整工作機(jī)制具有重要意義。

　　團(tuán)隊(duì)通過(guò)冷凍電鏡技術(shù)解析了溶液條件下，T-DNA被穩(wěn)定捕獲于II型拓?fù)洚悩?gòu)酶中央腔室的三維結(jié)構(gòu)（分辨率約3?）。研究顯示，該構(gòu)象與傳統(tǒng)的G-DNA結(jié)合構(gòu)象明顯不同，它更接近酶的apo狀態(tài)。同時(shí)，在電子密度圖中可觀察到松散結(jié)合的G-DNA信號(hào)，這暗示該構(gòu)象或發(fā)生于G-DNA被切割并重新連接之后?；谠摻Y(jié)構(gòu)證據(jù)，團(tuán)隊(duì)提出酶可能沿著已連接但暫未釋放的G-DNA滑動(dòng)，從而完成高效的連續(xù)催化。突變實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明，位于C門(mén)區(qū)域的氨基酸殘基Arg375對(duì)T-DNA的轉(zhuǎn)運(yùn)具有重要作用，其電荷性質(zhì)的改變會(huì)明顯抑制酶的松弛超螺旋活性。上述發(fā)現(xiàn)提示，C門(mén)區(qū)域或成為未來(lái)II型拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑的重要靶點(diǎn)。

　　該研究為II型DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶的完整催化模型提供了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，也為設(shè)計(jì)針對(duì)T-DNA轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程的抗感染和抗腫瘤藥物提供了新方向。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院的支持。

T4噬菌體II型DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶中心結(jié)構(gòu)域Apo狀態(tài)、結(jié)合G-DNA以及結(jié)合T-DNA的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)