酿酒酵母DNA复制蛋白Mcm10促进复制解旋酶Mcm2-7激活的分子机制
批准号:
31800066
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
张晶晶
依托单位:
学科分类:
C0104.微生物遗传与生物合成
结题年份:
2020
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
曹勤红、史蒂、张珊珊、张樾、白云鹏
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中文摘要
真核生物DNA复制起始受到机体的严格调控。在G1期,复制解旋酶的核心组分Mcm2-7以无活性的双六聚体构象 (double hexamer,DH) 装载到复制原点形成pre-RC。当细胞进入G1/S期,激酶S-CDK和DDK行使其功能,将Cdc45、GINS等DNA复制因子招募至pre-RC形成pre-IC。直至S期,pre-IC在Mcm10、DDK等解旋酶激活因子的作用下,形成具有解旋酶活性的Cdc45-Mcm2-7-GINS (CMG) 复合体,起始DNA复制。迄今,Mcm10激活复制解旋酶的具体机制尚不明确。本项目拟通过冷冻电镜技术解析Mcm10与Mcm2-7双六聚体形成的超复合体(Mcm10-DH)的高分辨率结构。并结合遗传与生化手段,对Mcm10-DH互作界面进行突变或互补分析,探讨Mcm10-DH构象与解旋酶活性之间的关系,将有助于揭示解旋酶Mcm2-7激活的分子机制。
英文摘要
The initiation of DNA replication is strictly regulated in eukaryotes. The core components of the replicative helicase,Mcm2-7,are loaded as an inactive double hexamer (DH) onto origins,to form the pre-RC during G1 phase. After the formation of pre-RC,the Cdc45,GINS and other replication factors assemble on origins,and the pre-IC is formed. This reaction requires S-CDK and DDK. Once the pre-IC is activated by MCM10 ,DDK and other activators,the active Cdc45-Mcm2-7-GINS complex is formed,and then DNA replication fork is established. So far,the molecular mechanisms of the activation of DNA replicative helicase Mcm2-7 by Mcm10 remains elusive. We’ll resolve structures of the MCM10-DH super complex by cryo-electron microscopy. Combines with genetic and biochemical approaches,mutations of Mcm10-DH interfacial interface will be constructed to explore the relationship between Mcm10-DH conformation and helicase activity,which may shed light on the molecular mechanism of Mcm2-7 activation.
DNA复制是最基本的生物学过程之一,所有生命的生长和繁殖都需要DNA的精确复制和传递。DNA复制研究不仅具有生物学基础理论意义,而且在基因组不稳定性引起的重大疾病的医学研究、诊断和治疗中占有重要地位。.在真核生物DNA复制进程中,复制机器的组装与激活极受到机体的严格调控。在G1期,复制解旋酶的核心组分Mcm2-7(MCM)以无活性的双六聚体构象(double hexamer,DH)装载到复制原点形成pre-RC。当细胞进入G1/S期,激酶S-CDK和DDK行使其功能,将Cdc45、GINS等DNA复制因子招募至pre-RC形成pre-IC。直至S期,pre-IC在Mcm10、DDK等解旋酶激活因子的作用下,形成具有解旋酶活性的Cdc45-Mcm2-7-GINS (CMG) 复合体,起始DNA复制。迄今,Mcm10激活复制解旋酶的具体机制尚不明确。.本研究以酿酒酵母为材料,探究了酵母细胞解旋酶CMG在激活过程中的组分和构象变化。无活性的DH是由两分子的MCM组成,因而为了捕捉到CMG激活过程中的MCM相关的中间态复合体,我们首先在酵母细胞中引入了两分子的Mcm4,并由两个不同的标签进行标记。之后通过双标签串联亲和层析纯化含有两个MCM的复合体。免疫印迹和质谱分析显示,DH在激活过程能够与共激活因子Cdc45、GINS形成一种全新的中间态复合体。通过甘油密度梯度离心实验发现该复合体包含两个MCM、两个Cdc45和两个GINS,我们将其称之为“double-CMG (d-CMG)”。之后,我们借助电镜观察到在MCM相关复合体中有d-CMG存在,但其所占比例较低。此外,在大肠杆菌中过量表达并分离纯化了酵母和人细胞的Mcm10蛋白,并通过分子筛层析发现Mcm10存在单体和多聚体两种状态。我们通过负染和冷冻电镜解析了多聚化Mcm10的结构。结果显示,酵母细胞的Mcm10蛋白可以形成同源六聚体,且六聚体的各亚基均匀排布环成了一个中空的桶装结构。之外,我们还发现人细胞的Mcm10和GINS可以形成稳定的复合体。.本研究发现在DNA复制起始过程中,无活性的解旋酶DH首先组装成d-CMG复合体;随后该复合体迅速转变为两个激活状态的CMG。同时发现解旋酶激活因子Mcm10存在单体和多聚体两种状态,为阐明真核生物DNA复制解旋酶激活的全过程提供了线索。
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Characterization of the dimeric CMG/pre-initiation complex and its transition into DNA replication forks
二聚 CMG/预起始复合物的表征及其向 DNA 复制叉的转变
DOI:10.1007/s00018-019-03333-9
发表时间:2020
期刊:Cellular and Molecular Life Sciences
影响因子:8
作者:Liu Lu;Zhang Yue;Zhang Jingjing;Wang Jian-Hua;Cao Qinhong;Li Zhen;Campbell Judith L.;Dong Meng-Qiu;Lou Huiqiang
通讯作者:Lou Huiqiang
Mck1 defines a key S-phase checkpoint effector in response to various degrees of replication threats
Mck1定义了一个关键的S阶段检查点效应器,以应对不同程度的复制威胁
DOI:10.1371/journal.pgen.1008136
发表时间:2019
期刊:PLoS Genetics
影响因子:4.5
作者:Li Xiaoli;Jin Xuejiao;Sharma Sushma;Liu Xiaojing;Zhang Jiaxin;Niu Yanling;Li Jiani;Li Zhen;Zhang Jingjing;Cao Qinhong;Hou Wenya;Du Li-Lin;Liu Beidong;Lou Huiqiang
通讯作者:Lou Huiqiang
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