DNA錯配修復(MMR)是一種基因組復制后的修復系統(tǒng)，在提高DNA復制保真性、減少基因突變和維持基因組穩(wěn)定性等方面具有重要作用。人類細胞中MMR相關基因的突變會導致MMR系統(tǒng)失活，使細胞突變率上升100倍以上，并與Lynch綜合征、遺傳性非息肉病性結(jié)直腸癌 (HNPCC)及一些散發(fā)性癌癥相關。因此，深入探究MMR系統(tǒng)工作的分子機制具有重要的生理意義，可以為相關疾病的預防和治療提供理論基礎。

在 E.coli的MMR系統(tǒng)中，MutS識別錯配后會招募MutL形成復合物，再由MutL介導下游蛋白的激活，進行錯配修復（圖1）。從錯配的識別，到特定位點的剪切，信號傳遞的過程需要同時具備高效性和特異性。

目前，錯配修復的起始模型有以下四種（圖2），這些模型都認為錯配信號是由MutS-MutL復合物進行傳遞的。而且，除sliding模型外，另外三種模型都認為MutL與DNA的相互作用在信號傳遞的過程中有重要功能。

然而，中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心劉珈泉課題組前期的工作發(fā)現(xiàn) MutL在結(jié)合ATP后會發(fā)生構象變化，在DNA上形成MutL sliding clamp并快速擴散（圖3）。MutL sliding clamp的形成是信號傳遞的前提，然而它與DNA之間似乎并不存在持續(xù)的相互作用。

根據(jù)文獻報導，MutL通過N端結(jié)構域中富含正電氨基酸的部位(positively charged cleft, PCC)與DNA發(fā)生相互作用。而且PCC突變會導致MMR系統(tǒng)效率下降、細胞突變率上升。為了探究MMR信號傳遞過程中的關鍵分子和PCC的功能，劉珈泉課題組通過單分子熒光成像技術和體外重構MMR系統(tǒng)，與俄亥俄州立大學Richard Fishel課題組合作在Nature Communications發(fā)表題為“MutS functions as a clamp loader by positioning MutL on the DNA during mismatch repair ” 的研究論文。該研究結(jié)果證明了MutS利用MutL PCC來促進MutL sliding clamp在DNA上的形成,從而傳遞錯配信號的過程。

PCC突變導致MutL結(jié)合DNA能力減弱

通過序列對比，研究人員找到了PCC中保守的氨基酸，并對它們進行突變。實驗結(jié)果顯示，PCC突變會導致MutL結(jié)合DNA的能力減弱（圖4）。

PCC突變導致MMR系統(tǒng)失活

為了進一步探究MutL結(jié)合DNA能力減弱是否會導致MMR系統(tǒng)失活，研究人員使用了E.coli的MutL基因敲除株（由源井生物提供）進行了體內(nèi)互補實驗。他們發(fā)現(xiàn)回補MutL PCC突變的基因并不能讓敲除株的突變率恢復到正常水平，這說明了PCC突變會導致MMR系統(tǒng)失活。同時，單分子成像的結(jié)果說明了PCC突變導致MMR系統(tǒng)失活的原因是MutL突變體無法與MutS形成復合物（圖5）。

源井生物自主研發(fā)的CRISPR-B?技術系統(tǒng)，創(chuàng)新性地將Red/ET重組系統(tǒng)和CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)結(jié)合，利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)的高效定點切割優(yōu)勢與基因編輯質(zhì)粒載體與基因編輯流程的進一步優(yōu)化，極大提高了細菌基因編輯的效率，能輕松實現(xiàn)菌株無痕基因敲除、無痕定點突變、無痕定點敲入，大腸桿菌/沙門氏菌/銅綠假單胞菌三大菌株均可定制，陽性克隆交付快至3周，可復制鏈接了解詳情>>https://www.ubigene.com/service/crispr-b/2715.html

MutS利用PCC促進MutL sliding clamp的裝載

為了進一步探究PCC突變對MutS-MutL復合物組裝和后續(xù)MutL sliding clamp形成的影響，研究人員采用了溶液置換的上樣法。首先，在低離子強度條件下部分恢復PCC的功能，然后將溶液環(huán)境置換成生理離子強度，觀察MutL sliding clamp的形成。結(jié)果顯示，MutS激活并利用了MutL PCC，與MutL組裝成復合物后將MutL裝載到DNA上形成MutL sliding clamp。

MutS是錯配特異性的clamp loader

過去，人們一直認為MutS招募MutL后會以復合物的形式進行錯配信號的傳遞。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)MutL sliding clamp的形成可以不依賴于MutS，而且能夠激活下游通路。因此，MutS在MMR中的功能只是作為錯配特異性的clamp loader，將MutL裝載到DNA上。一旦MutL sliding clamp形成，將不再需要MutS參與MMR下游的修復過程。

?該研究不僅證明了MutL sliding clamp才是MMR信號傳遞的關鍵分子，而MutS只是錯配特異性的clamp loader，還解釋了MutL PCC的功能，為DNA錯配修復信號傳遞機制提供了新的見解。

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參考文獻：

[1]?Fishel R. Mismatch repair. J Biol Chem. 2015 Oct 30;290(44):26395-403. doi: 10.1074/jbc.R115.660142. Epub 2015 Sep 9. PMID: 26354434; PMCID: PMC4646297.

[2]?Ortega, Janice et al. “Mispair-bound human MutS-MutL complex triggers DNA incisions and activates mismatch repair.”?Cell research?vol. 31,5 (2021): 542-553. doi:10.1038/s41422-021-00468-y

[3]?Yang, Xiao-Wen et al. “MutS functions as a clamp loader by positioning MutL on the DNA during mismatch repair.”Nature communications?vol. 13,1 5808. 3 Oct. 2022, doi:10.1038/s41467-022-33479-3