清華大學Nature發表首發性成果

　　2015年7月29日，清華大學高寧研究組和香港科技大學戴碧瓘教授研究組共同在《自然》（Nature）雜志上以長文形式在線發表了題為《真核生物DNA復制解旋酶MCM復合物的3.8埃分辨率結構》（Structure of the Eukaryotic Minichromosome Maintenance Complex at 3.8 ?）的研究論文，首次報道了真核生物DNA復制起始與延伸過程中DNA解旋酶核心組分MCM2-7復合物的3.8 ?高分辨率冷凍電鏡結構，并以此為基礎對DNA復制起始時MCM2-7復合物的作用機理進行了分析。該論文是清華大學國家蛋白質基礎設施（北京）建立以來，完全利用此平臺進行數據收集及處理而發表的首篇世界頂級雜志科研論文。《自然》雜志同期刊發了“News & Views”評論文章重點推薦介紹了這項工作。

　　遺傳信息載體DNA在細胞內的復制受到嚴格的調控。雙鏈DNA的復制包括解旋和復制兩個過程，復制起始的一個關鍵步驟是DNA解旋酶的結合和激活。MCM2-7復合物負責在DNA復制起始和延伸階段進行雙鏈DNA的解螺旋。DNA復制異常會導致基因組的不穩定，與多種人類惡性腫瘤的發生、發展具有密切的關系；作為DNA復制解旋酶的核心組分，MCM2-7本身的基因突變或異常表達也與很多人類疾病密切相關。例如，MCM4基因的突變可以導致小鼠乳腺癌的發生。

　　由于MCM2-7復合物功能機制的重要性，在過去三十年里，相關領域研究人員對其進行了大量的功能和結構方面的研究。由于其結構的復雜性，針對MCM2-7復合物的高分辨三維結構解析一直停滯不前，已成為其功能研究的重要限制因素。2013年下半年開始，高寧研究組和香港科技大學戴碧瓘研究組合作，利用清華大學冷凍電鏡平臺對MCM2-7雙六聚體復合物以及與相關功能因子結合的復合物進行結構解析。初期主要是利用負染電鏡和冷凍電鏡的方法對相關復合物進行分析。2014年下半年，Titan Krios電鏡更換新一代的K2相機后，在之前條件優化的基礎上，該課題獲得了關鍵性突破，進而解析來自酵母菌分裂間期G1期MCM2-7雙六聚體復合物近原子分辨率的三維結構。結構分析表明，兩個MCM2-7單六聚體呈二次對稱，并相對于中心軸線有一定角度的傾斜和扭轉，在中心形成一個扭曲的中央通道。四層結構域組成的環狀結構限制了中央通道的大小，使之具有了完美匹配雙螺旋DNA的直徑（圖）。這些結構分析表明MCM2-7復合物直接參與了復制起始時的DNA最初解鏈過程。這一高分辨率的結構為真核生物特異的解旋酶家族蛋白復合物的組裝、激活和調控的研究提供了一個全新視點，為指導此復合物的功能研究奠定了良好的基礎。

　　清華大學生命學院2015屆博士李寧寧和香港科技大學的翟元梁博士為該論文的共同第一作者。高寧研究員、香港科技大學的戴碧瓘教授及翟元梁博士為共同通訊作者。生命學院的楊茂君教授參與了原子模型的搭建工作，冷凍電鏡平臺的雷建林博士、2015屆博士張一小和2012級博士生李婉秋參與了冷凍電鏡數據收集工作。論文還得到了生命學院王佳偉研究員和李雪明研究員在數據處理及分析等方面的建議和協助。該研究獲得了科技部、國家自然科學基金委、香港研究資助局以及香港科技大學的經費支持。

　　高寧研究員2008年底加入清華大學生命科學學院，2009-2010期間主要參與生命學院冷凍電鏡實驗平臺的搭建，一直致力于利用冷凍電鏡三維重構技術研究蛋白質的生物合成、降解和核糖體的組裝成熟、蛋白翻譯的調控等重要生物過程，取得了一系列重要研究成果。先后在《Nature Structural & Molecular Biology》(2014)，《PloS Biology》(2014)，《Protein & Cell》(2014),《Nucleic Acids Research》(2013, 2013, 2014)，《J Biol Chem》(2013)及《PNAS》(2011)等雜志發表多篇通訊作者研究論文，闡述了蛋白生物合成和降解中的多種調控機制。由于高寧研究員近年來的系統性研究成果，先后獲得了多項人才基金（自然基金委優秀青年基金2014、北京市青年英才計劃2013），以及自然基金委面上項目和科技部重大研究計劃的支持。

MCM2-7雙六聚體復合物高分辨率冷凍電鏡結構及中央孔道結構示意圖。梯狀為雙鏈DNA。