古菌RecJ-like核酸酶参与校正RNA引物3'末端错配核糖核苷酸的分子机制研究

批准号:
31371260
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
刘喜朋
依托单位:
学科分类:
C0602.基因表达及非编码序列调控
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
李敏军、袁慧、韩忠、谢娟娟、杨敏、陈亚星
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中文摘要
古菌DNA聚合酶polB需要3'末端正确配对的RNA引物合成DNA,错配阻碍合成。我们发现古菌引物酶延伸RNA引物时,会在3'末端形成与DNA模板错配的核糖核苷酸。据此推测需修正RNA引物3'错配,以消除DNA延伸障碍。初步结果表明古菌P.furiosus编码的RecJ类似蛋白PfRecJ分别从3'和5'端水解RNA和DNA,并优先切除RNA/DNA杂合双链3'端错配的核糖核苷酸,可能负责校正RNA引物3'错配。为了进一步阐明古菌RNA引物3'错配校正机制及其生物学意义,本项目拟鉴定古菌PfRecJ酶学特性及其与细菌RecJ的异同,重点揭示PfRecJ对DNA和RNA水解极性差异、重构RNA引物3'错配校正反应;基因敲除手段鉴定嗜盐古菌H.volcanii recj-like基因的RNA引物错配校正功能;解析PfRecJ及其与核酸共结晶的三维结构。研究结果有助于加深认识古菌DNA复制机制。
英文摘要
Replicative DNA polymerases require a RNA primer for chromosomal DNA synthesis, wherein primase is responsible for the de novo synthesis of a complementary RNA primer. However, the archaeal primase from Pyrococcus furiosus often incorporates a mismatched nucleoside monophosphate, resulting in a 3'-mismatched RNA primer. Pfu DNA polymerase, an archaeal B-family DNA polymerase, cannot elongate the 3'-mismatched RNA primer because it cannot remove the 3'-mismatched ribonucleotide. Our primary biochemical results demonstrate the potential of a RecJ-like protein from P. furiosus (PfRecJ) in proofreading the 3'-mismatched ribonucleotides. Except for hydrolysis of single-stranded DNA in the 5'-3' direction, PfRecJ also hydrolyzes the single-stranded RNA and the RNA strand of RNA/DNA hybrids in the 3'-5' direction. Based on these results, we plan to further elucidate the possible mechanism and function of archaeal RecJ-like protein in proofreading 3'-mismatched RNA primer during chromosomal DNA replication. The research is focused on the following three aspects: 1) biochemical characterization of PfRecJ, including the mechanism in hydrolyzing RNA and DNA, biochemical comparison with bacterial RecJ, and in vitro reconsitituting the archaeal proofreading reaction of 3'-mismatched RNA primer; 2) identifying, in vivo, the function of recj-like gene in H. volcanii by deleting recj-like gene and assaying mutant growth phenotype; 3) the structural biology of P. furiosus RecJ-like protein, including crystal structure of PfRecJ and PfRecJ-nucleic acid complex. The results will give a full and detailed understanding on the funtion of RecJ-like protein in archaea.
DNA复制是遗传信息得以传递的分子基础,众多蛋白参与DNA复制。在前期发现DNA复制蛋白RecJ具有ssDNA特异性5'外切酶和ssRNA特异性3'外切酶活性的基础上,针对RecJ的结构与功能、分子进化与功能多样性进行了详细研究,取得了一定的研究结果,主要包括:(1)古菌P.furiosus编码的RecJ(PfRecJ)分别从3'和5'端水解RNA和DNA,并优先切除RNA/DNA杂合双链3’端错配的核糖核苷酸,可能负责校正RNA引物3'错配,在体外重构了该校正反应的生化反应体系。(2)解析了PfuRecJ的晶体结构、PfuRecJ与Mn2+/Mg2+/Zn2+这3种离子的复合物结构、PfuRecJ与CMP、dCMP这2种产物的复合物结构,在这些结构的基础上解析了PfuRecJ的催化机制,及其与真核复制蛋白Cdc45的亲缘关系。(3)生物信息学分析发现古菌RecJ在特定古菌类群(例如甲烷代谢古菌群)中存在蛋白进化多样性现象,这些古菌编码多个RecJ核酸酶,它们具有不同的核酸水解特性,一般是一对水解方向相反的RecJ;一般二者之一与GINS相互作用,形成复合物;其中M.jannaschii的2个RecJ都与GINS没有相互作用。(4)初步解析了M.jannaschii的RecJ2(具有ssDNA与ssRNA特异性的3'外切酶活性)的晶体结构,MjRecJ2为二聚体构型,且与GINS没有相互作用。(5)基因敲除嗜盐古菌H.volcanii 的recj基因后,未发现突变株的生长受到明显影响,但对DNA损伤试剂敏感度有一定提高。他人结果表明T. Kodakaraensis的RecJ(GAN)的基因敲除会使菌株在高温下不能够生长,推测原因为复制型解螺旋酶RecJ-GINS-MCM 复合物的消失使得高温下的helicase活性大大降低,不足以满足高温下快速生长所需要的快速DNA复制反应。研究结果有助于加深认识古菌DNA复制机制,同时对认识真核细胞Cdc45的功能与分子进化也有很好的指导借鉴作用。
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Biochemical characterization of translesion synthesis by Sulfolobus acidocaldarius DNA polymerases
酸热硫化叶菌 DNA 聚合酶跨损伤合成的生化表征
DOI:10.1007/s40242-016-5337-x
发表时间:2016-01
期刊:Chemical Research in Chinese Universities
影响因子:3.1
作者:Peng Li;Xia Xu;Liu Xipeng
通讯作者:Liu Xipeng
Two Archaeal RecJ Nucleases from Methanocaldococcus jannaschii Show Reverse Hydrolysis Polarity: Implication to Their Unique Function in Archaea.
来自詹氏甲烷球菌的两种古菌 RecJ 核酸酶显示出反向水解极性:对其在古菌中的独特功能的暗示
DOI:10.3390/genes8090211
发表时间:2017-08-24
期刊:Genes
影响因子:3.5
作者:Yi GS;Song Y;Wang WW;Chen JN;Deng W;Cao W;Wang FP;Xiao X;Liu XP
通讯作者:Liu XP
DOI:10.13343/j.cnki.wsxb.20170113
发表时间:2017
期刊:微生物学报
影响因子:--
作者:谢娟娟;王风平;刘喜朋
通讯作者:刘喜朋
Sulfolobus acidocaldarius UDG Can Remove dU from the RNA Backbone: Insight into the Specific Recognition of Uracil Linked with Deoxyribose.
酸热硫化叶菌 UDG 可以从 RNA 主链上去除 dU:深入了解与脱氧核糖连接的尿嘧啶的特异性识别。
DOI:--
发表时间:2017
期刊:Genes (basel)
影响因子:--
作者:Yi GS;Wang WW;Cao WG;Wang FP;Liu XP
通讯作者:Liu XP
The crystal structure of Pyrococcus furiosus RecJ implicates it as an ancestor of eukaryotic Cdc45.
强烈火球菌 RecJ 的晶体结构表明它是真核生物 Cdc45 的祖先
DOI:10.1093/nar/gkx887
发表时间:2017-12-01
期刊:Nucleic acids research
影响因子:14.9
作者:Li MJ;Yi GS;Yu F;Zhou H;Chen JN;Xu CY;Wang FP;Xiao X;He JH;Liu XP
通讯作者:Liu XP
古菌复制型DNA解螺旋酶CMG复合物的结构功能研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2021
- 负责人:刘喜朋
- 依托单位:
决定古菌DHH家族磷酸酯水解酶底物特异性的结构研究
- 批准号:U1832161
- 项目类别:联合基金项目
- 资助金额:54.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:刘喜朋
- 依托单位:
基于耐高温mutS蛋白、pfu DNA聚合酶、dU修饰寡核苷酸探针的SNP检测技术
- 批准号:30700131
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:17.0万元
- 批准年份:2007
- 负责人:刘喜朋
- 依托单位:
国内基金
海外基金
