浙江大學(xué)與美國國立衛生研究院（NIH）的研究人員繼2010年解析人類(lèi)DNA聚合酶η 的分子結構之后，于近期分別在DNA聚合酶的催化反應機制以及對順鉑藥物的拮抗作用研究方面獲得了突破性的進(jìn)展——揭示了新的催化反應特點(diǎn)，以及*的抑制劑結合位點(diǎn)。相關(guān)成果分別公布在期刊Nature與PNAS雜志上。

浙江大學(xué)的生物物理學(xué)博士研究生趙燁為主要完成人之一，指導老師為浙江大學(xué)華躍進(jìn)教授和美國NIH的楊薇研究員。至此，趙燁在其攻讀博士論文期間以*或共同*作者在Nature發(fā)表論文二篇、PNAS一篇。

DNA經(jīng)常受到內源和外界環(huán)境因子的攻擊，從而造成DNA的損傷。其中大部分可以被無(wú)誤的DNA修復機制所識并修復，但也有一些會(huì )因為在復制過(guò)程中沒(méi)有被修復而在染色體上繼續存在，造成復制叉的停頓，從而影響細胞的分裂，更加嚴重的會(huì )導致細胞的死亡。

為了應對這些損傷，細胞進(jìn)化產(chǎn)生了一種損傷耐受機制，DNA聚合酶η 就是其中一種重要的損傷合成酶。分子結構顯示人類(lèi)DNA聚合酶η具有一個(gè)能夠容納損傷嘧啶二聚體的活性中心以及分子夾板的功能。而另外一方面，強大的跨損傷合成活性也使其對于癌癥治療藥物順鉑具有一定的拮抗作用。

盡管很久以前人們就對DNA聚合酶如何進(jìn)行化學(xué)反應有所了解，但由于研究手段的局限性，具體的反應過(guò)程仍然是一個(gè)相對未知的領(lǐng)域。在第二篇題為“Watching DNA polymerase η make a phosphodiester bond”的文章中，研究人員巧妙的利用晶體內聚合酶反應速率減弱的特性，在晶體內觀(guān)測到了完整的DNA聚合酶化學(xué)反應過(guò)程。

研究清晰的描述了反應順序首先為引物鏈的3’末端羥基去質(zhì)子化，緊接著(zhù)末端的脫氧核糖構象由C2’-endo變?yōu)镃3’-endo并zui終完成對于dATP的親核攻擊，形成新的磷酸二酯鍵。同時(shí)在反應過(guò)程中*次觀(guān)察到了第三個(gè)鎂離子的出現，其作用很有可能是中和化學(xué)反應所產(chǎn)生的大量負電荷，穩定反應的中間體。這些發(fā)現大大提高了人們對于雙向金屬離子介導的核苷酸轉移機制的認識。

在*篇題為“Structural basis of human DNA polymerase η-mediated chemoresistance to cisplatin”的文章中，研究人員首先通過(guò)體外延伸及穩態(tài)動(dòng)力學(xué)研究，發(fā)現人類(lèi)DNA聚合酶η只能夠在順鉑交聯(lián)的損傷DNA處進(jìn)行正確的插入而無(wú)法有效的進(jìn)行延伸，這意味著(zhù)很有可能需要其他的DNA聚合酶接手去完成整個(gè)跨損傷合成過(guò)程。同時(shí)通過(guò)結構生物學(xué)的進(jìn)一步分析也對各個(gè)步驟的合成效率進(jìn)行了系統的解釋。

有趣的是在結構解析的過(guò)程中，研究者發(fā)現了一個(gè)對于人類(lèi)DNA聚合酶η來(lái)說(shuō)可能的特異性抑制劑結合位點(diǎn)。該位點(diǎn)通過(guò)與W297殘基以類(lèi)似于堿基堆積的方式相互作用，并且得到了體外實(shí)驗的驗證--高濃度的dATP對于 聚合酶的合成效率有很強的抑制效果。這一發(fā)現也為抗癌藥物的研發(fā)提供了新的思路。