关键词： Molecular Cell 破碎DNA分子 自我修复 RecA 蛋白质
当DNA分子破碎后，破碎端会寻找完整的DNA区域来进行修复 (Credit: Image courtesy Cees Dekker lab TU Delft / Tremani)
近日，来自荷兰代尔夫特理工大学的科学家发现了DNA修复机制中的一个关键的元件，当DNA双股螺旋中断后，破碎的DNA断端会去寻找相似的序列，并且用找到的相似序列来当成模板进行自身修复，用一种二元分子技术，研究团队发现DNA分子可以运用一种高效的途径来完成这种寻找和识别相似DNA序列的过程。相关研究成果刊登在了近日的国际著名杂志Molecular Cell上。
棘手的问题
有时候，DNA双螺旋结构会容易破碎，双股螺旋会被偶然地切断，这就表现出了一个致命的问题，就是细胞不能处理这种DNA损伤，基因组DNA就好比如此，当然，这也是癌症的一个常见原因；但是令我们高兴的是DNA错综复杂的修复系统的存在，系统可以进行深入高效的错误检测，那么修复系统是如何工作的？
首先，来自破碎DNA末端丝状结构的蛋白质，其次是这种蛋白质可以检测DNA或者是次级的DNA染色体结构，并且寻找可以与破碎DNA匹配的序列，比如，我们人类的基因组包含了30亿个碱基对，发现你感兴趣的碱基对就好比是大海捞针一样非常困难。但是，这种寻找过程仅仅是数分钟之内高效发生的，那么是如何完成的呢？目前没有人知道机理。研究者的实验解决了这个过程的一个关键步骤，就是分子识别步骤。
探索操作
在细菌中，所谓的RecA蛋白质主要负责这种寻找过程，在大肠杆菌中，RecA蛋白的纤丝结构在DNA上形成，寻找，并且和二级DNA分子进行配对，单独的RecA分子首次集合在一起形成破碎DNA的丝状结构，这种丝状结构然后“抓”着DNA分子并且和其它的破碎DNA序列进行对比，一旦序列匹配，这两个序列便会紧密结合，开始修复过程。研究者发现丝状的二级DNA结合位点会和单股的DNA链进行反应，随后进行识别过程。
实验数据揭示，这种寻找过程的精确度是通过DNA结合位点的距离的控制的，研究者阐明了在两种分子比对过程中精确的发生过程，并且解析了为什么对于错误的分子序列会导致其快速分解，而对于一个正确的序列可以使序列间形成一种紧密的结合，从而开启更深远的修复过程。这就是两种元件可以以一种惊人的速度高效地完成DNA的修复过程。
新手段
研究小组发明了一种独特的新式手段来使得独立操作单独的DNA分子和RecA结构成为可能，并且可以测量分子间的相互作用力，这种二元的分子操作技术结合了磁光钳和基于激光捕捉的DNA分子操作手段。这种技术同样允许展开DNA分子，对于分子识别过程非常重要，研究小组还可以检测到两种分子在寻找以及识别并且建立模型过程中之间相互作用的力量。（生物谷：T.Shen<微博>编译）
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doi:10.1016/j.molcel.2012.03.029
PMC:
PMID:
Mechanism of Homology Recognition in DNA Recombination from Dual-Molecule Experiments
Iwijn De Vlaminck1, Marijn T.J. van Loenhout1, Ludovit Zweifel1, Johan den Blanken1, Koen Hooning1, Susanne Hage1, Jacob Kerssemakers1, Cees Dekker1, ,
In E. coli homologous recombination, a filament of RecA protein formed on DNA searches and pairs a homologous sequence within a second DNA molecule with remarkable speed and fidelity. Here, we directly probe the strength of the two-molecule interactions involved in homology search and recognition using dual-molecule manipulation, combining magnetic and optical tweezers. We find that the filament's secondary DNA-binding site interacts with a single strand of the incoming double-stranded DNA during homology sampling. Recognition requires opening of the helix and is strongly promoted by unwinding torsional stress. Recognition is achieved upon binding of both strands of the incoming dsDNA to each of two ssDNA-binding sites in the filament. The data indicate a physical picture for homology recognition in which the fidelity of the search process is governed by the distance between the DNA-binding sites.
