Nature：揭示Smc5/6复合物驱动DNA环挤压机制

在一项新的研究中，来自瑞典卡罗林斯卡学院和德国马克斯-普朗克生物物理研究所的研究人员描述了一种迄今为止未知的DNA折叠机制。他们的发现为对正常发育和疾病预防都至关重要的染色体过程提供了新的见解。相关研究结果于2023年4月19日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“The Smc5/6 complex is a DNA loop-extruding motor”。

我们细胞中的DNA组装成染色体，染色体是高度动态的结构，当基因发生转录、DNA损伤被修复或染色体被压缩以准备细胞分裂时，这种结构会发生改变。这些过程受到所谓的SMC（Structural Maintenance of Chromosomes）蛋白复合物的影响，它们通过介导染色体的相互作用确保基因组的正确空间组装。

在人类和其他真核生物，有三种这样的蛋白复合物。科学家们已经揭示了其中两种的功能机制。在这项新的研究中，这些作者研究了第三种SMC蛋白复合物，即Smc5/6复合物，它的功能大部分仍然未知。

论文共同通讯作者、卡罗林斯卡学院细胞与分子生物学系教授Camilla Björkegren说，“这些结果揭示了Smc5/6复合物是DNA折叠的一种新的调节因子，它可以告诉我们更多关于染色体是如何组装起来的。这一发现在医学上也有意义，因为DNA折叠对染色体的正常功能和避免可能导致疾病的染色体改变很重要。”另一名论文共同通讯作者为马克斯-普朗克生物物理研究所的Eugene Kim博士。

对Smc5/6的DNA环挤压进行实时成像。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05963-3。

这些作者从酵母中纯化了Smc5/6复合物，并利用针对单个分子的高分辨率显微镜，研究了它如何结合和影响单个DNA分子。染色体组装原则被认为在酵母和人类中是大致相同的，因为它们都是真核生物体。在他们的实验中，他们将这种蛋白质复合物和DNA都用不同颜色的荧光分子进行标记，以使它们通过显微镜可以追踪。

他们的结果显示，Smc5/6复合物通过挤压一个越来越大的DNA环（DNA loop）来运作，这是它与其他已知真核生物SMC复合物的共同特性。他们还研究了这个过程是如何被调节的，并发现除了其他因素外，形成DNA环需要两个Smc5/6复合物，而单个Smc5/6质复合物只沿着DNA分子移动。

以前的研究已表明Smc5/6能抑制某些病毒，并表明它还能防止某些类型的癌症，而且对胎儿的正常发育很重要。这些作者如今想研究这些特性与这种新发现的机制有什么关系。

Björkegren教授说，“我们研究的下一步是找出Smc5/6复合物产生DNA环的能力如何影响其在细胞中的功能，这可以增加我们对Smc5/6如何作为病毒阻断剂、预防癌症和促进胎儿发育的理解。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Biswajit Pradhan et al. The Smc5/6 complex is a DNA loop extruding motor. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05963-3.