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結構生物化學/核酸/DNA/複製過程/DNA起始

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DNA 起始是 DNA 複製過程的第一階段。在此階段,雙鏈 DNA (dsDNA) 首先透過破壞鹼基對之間的氫鍵而分離成單鏈。dsDNA 分離成單鏈 DNA (ssDNA) 被稱為 DNA 熔解。負責破壞 dsDNA 的蛋白質被稱為起始蛋白。在下一步中,被稱為解旋酶的蛋白質與 dsDNA 結合並解開它以建立複製叉。在真核細胞和古細菌細胞中,DNA 的熔解和解旋主要由微染色體維持解旋酶 (MGM) 以及多個起始蛋白完成。然而,在 40 號猿猴病毒 (SV40) 和牛乳頭瘤病毒 (BPV) 中發現的解旋酶,例如大 T 抗原 (LTag) 和 E1,能夠在沒有任何額外輔因子的情況下破壞和解開 dsDNA(Chen 等人)。由於病毒、真核和古細菌 DNA 複製系統之間的相似性,LTag 和 E1 被研究人員深入研究,希望能更好地瞭解複製過程。

病毒蛋白中 β-髮夾的排列和 ATP 結合模式等方面的差異會導致熔解和解旋機制的不同。例如,據信 SV40 的 LTag 使用遵循雙泵迴圈模型的機制,該模型在Chen 等人中有所描述。首先,LTag 以雙六聚體形狀與複製起點處的 dsDNA 結合,並壓縮它以破壞兩條鏈之間的氫鍵。然後,複製起點之前的兩個六聚體將 dsDNA 泵入雙六聚體,以建立由 ssDNA 作為迴圈組成的複製叉。dsDNA 的進一步泵送將延長複製叉以允許叉進展。另一方面,BPV 的 E1 使用遵循立體排斥模型的機制(Chen 等人)。在這個模型中,E 解旋酶只作為單個六聚體存在,並被分成兩個三聚體,每個三聚體與起源處的 dsDNA 的一條鏈結合以誘導熔解。在成功破壞 dsDNA 後,兩個三聚體重新結合形成一個六聚體,該六聚體僅與 dsDNA 的一條鏈結合並解開它以建立複製叉。

雖然它們為 DNA 熔解和複製叉的形成提供了合理的機制,但這兩個模型仍然需要進一步證據的支援。諸如 LTag 如何與 dsDNA 結合或 E1 六聚體是否可以分離成兩個三聚體之類的問題仍然沒有得到解答。因此,需要更深入的調查和研究。

參考文獻

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陳曉江,保羅·昌和蓋大海。“DNA 複製中的起源 DNA 熔解和解旋”。結構生物學當前觀點 2010, 20:1-7。

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