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Nature新闻：分子间的“殊死搏斗”
一项单分子研究揭示出了DNA修复蛋白：RecAll如何克服其它蛋白的竞争，结合到单链DNA上，又是如何在这个过程中取胜的。这项由加州大学戴维斯分校的研究人员完成的研究观察到正准备接受修复时的单链DNA，这将有助于人们理解乳腺癌的起源。相关成果公布在Nature杂志上。
为了修复DNA双螺旋结构的断裂，单链不得不在互补链(opposite strand)上寻找它的匹配序列。Kowalczykowski将这一任务比喻为大海捞针。为此，单链不得不首先覆盖(covered)上一种称作RecA的蛋白质。
在这项新的研究中，研究人员利用这一实验室在过去十年开发出的技术对被蛋白RecA包被的细菌单链DNA进行成像。研究这种包被过程的工作机制将有助于深入认识促进它的调节蛋白。就人类而言，一种被称作BRCA2的调节蛋白与乳腺癌强烈相关联。在人体内，RecA也被称作Rad51，它有助于单链 DNA在染色体的其他地方找到它的互补性匹配链。RecA不得不替换掉另一种蛋白，即单链DNA结合蛋白，以便结合到这条单链DNA上。
随着RecA元件替代单链DNA结合蛋白，随后向两个方向扩散直至整条单链被覆盖，研究人员对这一过程进行了实时观察。他们发现这一过程开始时两个RecA分子附着到了DNA上。随后单个的RecA分子被添加到任一端，就像在绳子上增添串珠一样。
令人吃惊的是，在调节蛋白不存在时，这种过程发生得相对较慢。它需要大约30分钟来包被单链DNA，而且要比大肠杆菌完成一轮细胞分裂所花的时间还要长。
这些调节蛋白在控制RecA在单链DNA上的组装速度中发挥着至关重要的作用。如果组装速度太慢的话，那么DNA断裂不能被正确地修复;如果组装速度太快的话，那么它将捕获和包被在正常的DNA复制期间短暂产生的单链DNA片段。在正常条件下，这种过程只在因为遭受损伤或断裂而持续存在的单链DNA上发挥着作用。
在细菌中，RecA蛋白负责执行搜索操作。在大肠杆菌中，DNA上形成的RecA蛋白丝以惊人的速度和精确度在第二DNA分子内寻找和匹配序列。为了这样做，RecA单个分子首先会聚集在一起在断裂DNA上形成一个丝状结构。这一丝状结构随后会抓取附近的DNA分子，将它们的序列与断裂DNA序列进行比对。当找到匹配的序列时，两个分子会紧密结合到一起确保修复跟着发生。
之前的研究曾发现在同源取样过程中丝状结构的第二DNA结合位点与新来双链DNA其中的一条单链发生了互作。当新来DNA的双链能与丝状结构上的两个DNA结合位点结合时就完成了识别过程。研究数据表明搜索过程的准确性是由DNA结合位点间的距离支配。研究人员通过实验阐明了在两分子序列比对过程中精确发生的事件，明确了为何“错误”的序列会导致分子的迅速解离，而“正确”的序列则生成了强有力的键促成了进一步的修复。
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科技前沿
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项目成果
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