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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:
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

项目摘要

结项摘要

项目成果

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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。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
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
共 8 条
    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