NAR刘冰张凯铭团队在DNA复制抗菌策略研发领域取得重要进展

　　DNA复制发生在所有的生物体内，是生物遗传的基础和物种保持独特性的根本。自1953年，美国遗传学家沃森和英国物理学家克里克在《自然》上发文揭示了DNA的双螺旋结构，并于1962年和英国分子生物学家莫里斯·威尔金斯分享了诺贝尔生理学或医学奖以来，人类一直在探索DNA的复制过程。DNA复制中，高度保守的DNA聚合酶对DNA复制至关重要。DNA聚合酶的亚基是DNA复制过程中的持续性-启动因子 （processivity-promoting factor） ，DNA双螺旋通过在亚基上快速滑动来完成复制 (图1) 。
　　图1: DNA复制过程（红色为亚基），动画由O’Donnell院士团队制作
　　同时由于DNA聚合酶亚基在细菌复制、肿瘤发生中的重要性，其抑制剂的研发备受关注。多个类别的亚基的小分子抑制剂已获得FDA批准作为抗肿瘤药物。据悉，目前所有公布的抑制剂 （包括小分子、多肽） 以及已知的亚基结合蛋白均靶向环上的疏水口袋（Hydrophobic protein binding pocket） 。
　　2021年10月7日，西安交通大学 刘冰 课题组与中国科学技术大学 张凯铭 课题组合作， 通过冷冻电镜解析获得噬菌体蛋白质Gp168与DNA聚合酶亚基的复合物结构  (图2) ，发现了Gp168抑制细菌DNA合成的全新机制 。研究成果以 Bacteriophage Twort protein Gp168 is a β-clamp inhibitor by occupying the DNA sliding channel  为题发表在 Nucleic Acids Research 上。
　　图2: 分辨率为3.2-Å 的Gp168与β-clamp复合物的冷冻电镜结构。β-clamp (cyan and teal), Gp168 (orange and wheat)。
　　Gp168是迄今为止发现的首个由噬菌体产生的亚基抑制剂，也是首个天然亚基抑制剂。同时，研究证实Gp168是所有与亚基结合的分子中，首个非靶向环疏水口袋的分子。Gp168通过取代双链DNA在亚基滑动通道的位置 (图3) , 阻止亚基在DNA上的装卸，达到抑制DNA合成的目的，进而造成细菌死亡。此外，研究人员也证实了该蛋白具有广谱抑菌效果，同时该蛋白只包含2个螺旋，符合多肽药物的范畴。该研究为多重耐药菌的治疗提供了全新的思路，目前后续动物模型等试验正在进行中。
　　图3: β-clamp与DNA的复合物结构(左)；: β-clamp与Gp168的复合物结构。
　　该研究获得了西安交通大学共享仪器中心和中国科学技术大学高端冷冻电镜平台的大力支持。西安交通大学附属第一医院刘冰教授，中国科学技术大学生命科学与医学部李珊珊副研究员，及西安交通大学硕士2年级学生刘洋为本文共同第一作者。刘冰教授、王亚文教授、张凯铭教授为本文共同通讯作者。
　　原文链接：
　　https://doi.org/10.1093/nar/gkab875