跨損傷DNA聚合酶正確跨越BPDEdG機制研究獲進展

　　煙草、汽車尾氣和燃煤排放所產生的苯并芘 (BP) 是一種常見的環境污染物,BP在體內經過代謝產生強致癌產物BPDE，BPDE與DNA上的鳥嘌呤結合形成的加合物(BPDE-dG)與肺癌發生密切相關。跨損傷 DNA 合成 (TLS)聚合酶可以直接在DNA 加合物對面摻入核苷酸，使由于DNA 損傷的存在而停滯的DNA復制得以延續。TLS 可分為無錯旁路和易錯旁路兩種途徑，無錯旁路途徑主要是在DNA加合物對側摻入正確的核苷酸;而易錯旁路途徑在損傷的模板對側摻入錯誤的核苷酸，從而引發基因組突變。

　　目前人體內共有大約15種DNA聚合酶，Polκ是迄今已知的唯一能正確跨越BPDE-dG加合物的聚合酶。Polκ可以在BPDE-dG 對面正確摻入dCTP，并進行有效的延伸，從而保護了細胞免受因BPDE-dG 損傷引發的基因組突變,而缺失Polκ則導致BP誘發的基因組突變率顯著升高。關于Polκ正確跨越BPDE-dG加合物的分子機理一直不清楚。

　　中國科學院北京基因組研究所基因組變異與精準生物醫學實驗室研究員郭彩霞與美國國立衛生研究院(NIH)楊薇博士合作，利用Polκ在古菌中的同源物 Dpo4易錯跨越BPDE-dG 加合物的特性，通過系統比較Polκ與Dpo4的結構差異，預測Polκ活性中心與小指之間gap的結構變化及其N端獨特的N-Clasp結構可能調控 Polκ正確跨越BPDE-dG加合物。研究人員綜合運用了生物化學、分子生物學、合成化學、分子模擬等多種技術手段，首次發現Polκ的gap結構決定了跨越BPDE-dG加合物的延伸能力和保真性，細胞回轉實驗也證實了Polκ-gap結構在調控跨越BPDE-dG加合物效應中的重要作用。同時，缺失 N末端51個氨基酸的Polκ表現出減弱的DNA合成能力，并完全喪失了在BPDE-dG損傷模板上的延伸能力，揭示了Polκ N-clasp結構在跨越 BPDE-dG損傷過程中的重要作用,闡明了Polκ正確跨越BPDE-dG催化反應的關鍵分子機制。相關研究于2014年1月在線發表于Proceedings of the National Academy of Sciences, USA (PNAS)。

　　隨著環境污染的加重，癌癥、神經變性病、心血管病等多種人類重大疾病的發病率顯著上升。本研究成果對于進一步揭示常見環境污染物導致人類重大疾病發生的分子機制，發展相關疾病預防和治療手段具有重要意義。

　　參與本研究的還有第一作者劉揚博士，中國科學院動物研究所生物膜與膜生物工程國家重點實驗室研究員唐鐵山等。該項工作得到了中國科學院、科技部、國家自然科學基金委的支持。

Polκ在正常及BPDE-dG損傷模板上的TLS活性及分子模擬活性位點結構