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不完美DNA配對 中研院揭遺傳關鍵
2021-01-20

為什麼基因不會百分百遺傳?這是因為父母同源染色體減數分裂時期DNA序列「不精準」的互換,發生基因變異,反而促成了人類遺傳多樣性。台大與中研院利用冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)技術發現,DMC1蛋白具有獨特結構可容許不完美的DNA序列配對,成功以分子結構闡述酵素如何調控DNA達到完美互換的關鍵機制。研究成果14日發表在國際頂尖期刊《自然通訊》(Nature Communications)。

該論文共同第一作者是台大生化所博士葉欣怡和中研院生化所博士羅世奇。研究團隊包含台大生化所教授冀宏源、台大化學系教授李弘文,以及中研院生化所院士蔡明道、副研究員何孟樵。

在生物學上,雖然父母染色體的DNA序列很相似,卻不完全相同,酵素DMC1可以協助不完美的DNA配對並達成完美的DNA互換。為了探討此機制,研究團隊純化出高純度的DMC1酵素,並以冷凍電顯技術成功解出原子級解析度的DMC1-DNA複合體的結構,發現在DNA錯誤配對的位置,DMC1藉由結構上提供較大空間與支持,允許DNA不完美序列配對。

研究團隊進一步突變DMC1蛋白上的胺基酸,並且藉由冷凍電顯技術和分子模擬觀察到,突變確實能改變DNA結合空間的大小及穩定性。接續再利用生化及單分子實驗證實,蛋白質結構空間的改變與DNA錯誤配對的容忍性高度相關。此外,解析DMC1-DNA複合體結構的成果,對於因DMC1突變而造成的不孕,及染色體分配不均而導致的疾病,也提供分子層次上可能的解釋。

(中國時報 記者簡立欣)

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