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John H.J. Petrin5 O9 y0 D4 |% i) q" v1 }8 E
& r* b# V& r7 j! X, Q. YCell, 137, 211 – 212, April 17, 2009
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造成DNA复制叉停滞和损伤的DNA链断裂对DNA复制过程是有害的。Doksani等在本期Cell分析了在裂殖酿酒酵母中，双链DNA的单点断裂对DNA复制的影响。4 h$ ?0 L! T, @, K& |
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DNA双链断裂通常是DNA复制的副产物，但DNA损伤关卡的明显激活一般不与细胞通过S期的过程同时进行。有关DNA损伤关卡调节的流行观点是假定关卡激酶Mec1/ART的活化及其活化的影响（如复制原点启动的抑制）是由单链DNA促成的。对与DNA复制有关的双链断裂中关卡途径的忽视引发了一些有趣的问题。双链断裂的一条链必须被切除以便形成单链DNA。在S期产生的双链断裂是否不被切除？当复制叉遇到双链断裂时会发生什么？
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4 L& ~5 t' ]! e Doksani等在本期Cell分析了这些问题。他们使用芽殖酵母HO（同宗转换）内切核酸酶，该酶可在单个DNA位点诱导双链断裂。在该HO内切核酸酶系统中，HO位点与一个有效的早期DNA复制原点ARS305相邻。HO内切核酸酶的瞬时活化与酵母细胞进入S期同时发生，这对细胞通过S期的动力学没有什么影响。在80分钟之后，即细胞已经完成了S期之后，才能观察到Rad53的依赖于Mec-1的磷酸化(Rad53是细胞周期因响应DNA损伤而停止时所必需的关卡激酶)。这并不是由于缺少双链切割，因为Doksani等的实验表明在S期细胞中，双链断裂切除的速度与G2期细胞没有什么本质的不同。DNA双链断裂发生80分钟后才能看到Rad53的活化，这与先前的观察十分吻合：引发关卡响应需要约10 kb的单链DNA，HO内切核酸酶对断裂的切除速度是约4 kb/小时。换句话说，需要有约80分钟才能得到激活Rad53所需要的单链DNA(在两个方向各切除约4 kb产生约10 kb的单链DNA)。
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( \6 s ^# D) O- x! w7 b5 K% m+ g 这是否意味着单个双链断裂没有任何影响？并不完全是这样，但它的影响完全出乎意料。Doksani等人所研究的特定双链断裂对S期的酵母群体的影响没有达到100%，但他们也进行了局部分析。他们不仅用双相凝胶分析了复制原点的启动，也分析了与断裂位点相邻的DNA复制叉的进程。复制体（在复制原点进行DNA复制的蛋白质复合物）在接近断裂位点时并未停止，也没在断裂位点的另一侧重新启动。这意味着一旦复制叉到达断裂点，复制体将从DNA上解离。实际上在每次复制原点启动时，可产生两个向相反方向行进的姐妹复制叉。有可能存在“复制工厂”，使在不同姐妹复制叉上的复制体以偶联的方式工作。这种可能性表明在断裂位点的一个姐妹复制体的解离可影响另一个复制体。但正如Doksani等展示的，实际情况并非如此，因为在305L的姐妹复制叉305R从DNA上解开后，305L复制叉上的复制体在很长时间内仍继续行进。这与最近在大肠杆菌中得到的数据很相似，大肠杆菌的两条姐妹复制叉不以偶联的方式行进。1 Y" Q e( q3 B9 }- T+ O8 Q
$ ^% X* x6 J4 o4 Z8 x+ ?. v 令人惊讶的是，Doksani等人的研究表明，HO内切核酸酶断裂位点的诱导实际上可增加芽殖酵母ARS305复制原点的启动。对靠近天然HO内切核酸酶断裂位点ARS313和ARS314的两个静止复制原点的分析支持上述解释。Doksani等发现双链断裂的诱导可使静止的复制原点活化，这两个复制原点都可启动。这种影响是局部的，因为S期的总速度没有变化，说明在双链断裂诱导后，大多数静止的复制原点保持在活化状态。使复制原点活化的信号是什么尚不清楚，目前还没有可阻止产生这种活化的酵母突变株。由于这种活化的局限性，令人想到它是一种反式作用机制。Doksani等假定断裂诱导的DNA超螺旋的变化以及染色质的改变可能是影响复制原点活化的因素。DNA广泛断裂和解离的产生条件可活化DNA损伤关卡，抑制复制原点的启动，它们可能会超越这种新鉴定的机制。
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/ c+ l9 T/ J- S& l2 e Doksani等还发现在断裂位点缺少Sae2和Tel1蛋白以及在缺少Mrel1复合物时，在双链断裂位点可形成十字形DNA结构。这些通过双相凝胶电泳鉴定的结构可能是所谓的“鸡爪”结构，这种结构是由于诱导双链断裂后退的Sgs1解旋酶的作用而产生的。这可能意味着由复制叉和双链断裂引发的变化与羟基脲造成的复制叉停顿引发的变化在某种程度上类似，但有一个重要不同，即关卡缺陷并不是这类结构形成的基础。Doksani等提出了一个Tel1和Mrel1复合物可使复制叉的一条臂水解的模型。这可能会阻止复制叉在断裂位点的后退以及其后产生的十字形结构的切割。总体来说，Doksani等人提供的证据表明在总DNA损伤关卡活化门槛之下的DNA损伤水平可通过异乎寻常的方式影响DNA复制过程。
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' c+ Z$ }& ]4 E6 R5 |# u* i本文转自建人先生原创，感谢 |
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发表于 2009-10-12 12:07
发表于 2011-3-10 16:13
