西湖大学于洪涛/施一公及深圳医学科学院胡名旭/颜宁2篇PNAS:破解罕见生长综合征之谜及破解环境糖质纤维绝对手性判定难题
染色质加载六聚体复制解旋酶MCM2–7复合物需要其与起点识别复合物（ORC）、CDC6及CDT1进行协调的交互作用。未与DNA结合的MCM2–7形成一个单六聚体（SH），其DNA进入门位于MCM2与MCM5之间。两个MCM2–7单六聚体可依次加载形成环绕DNA双链的双六聚体（DH）。活化的MCM2–7随后解旋DNA并启动DNA复制。2026年2月20日，西湖大学于洪涛及施一公团队合作在PNAS 在线发表题为“A Meier–Gorlin syndrome mutation impairs the loading of the MCM2–7 complex during DNA replication initiation”的研究论文。该研究显示，一部分未结合DNA的人源MCM2–7以双六聚体形式存在。出乎意料的是，作者发现无论在无DNA的双六聚体还是单六聚体中，MCM3的翼螺旋结构域（WHD）均停靠在MCM2上，从而在DNA进入门处形成一个安全闩，以阻止DNA进入中央通道。该安全闩可被ORC-CDC6的结合所打开。通过基于结构的突变或与疾病相关的MCM3突变干扰此闩锁，会导致复制缺陷并激活DNA损伤检查点。缩短MCM3解旋酶结构域与翼螺旋结构域之间的连接区，可缓解闩锁强化突变引起的细胞周期缺陷。作者的研究结果揭示了MCM2–7加载过程中的一个受调控步骤，这对人类疾病具有潜在意义。另外，在2026年2月25日，深圳医学科学院特聘研究员胡名旭，清华大学生命学院副教授王佳伟，深圳医学科学院创始院长、深圳湾实验室主任颜宁合作（张起是该文的第一作者）在PNAS 在线发表题为“Absolute hand determination of glycofibrils from natural sources in cryo-EM”的研究论文，该研究介绍了一种名为 Ahaha 的简单且高效的在冷冻电子显微镜下确定天然来源糖纤维绝对手性的方法。通过 Ahaha的绝对测量法，该研究构建了四个来自天然水样糖纤维素的原子模型，这有助于对糖类的研究。 Ahaha的在线服务网址为：https://cryoseek.org/ahaha。基因组DNA的忠实复制确保了基因组的稳定性。DNA复制在每次细胞分裂周期中严格限制为“一次且仅一次”。由六个亚基（ORC1–6）组成的复制起点识别复合物（ORC）在整个细胞周期中结合于复制起点。在G1期，ORC、CDC6和CDT1共同作用，将六聚体复制解旋酶MCM2–7装载到染色质上。在S期，MCM2–7通过磷酸化以及CDC45和GINS的结合而被激活，形成具有活性的CDC45-MCM2–7-GINS（CMG）解旋酶；该解旋酶负责解开DNA双链、启动复制体形成并起始DNA复制。MCM2–7的装载发生在整体细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）活性较低的G1期，而其激活则仅能在CDK活性较高的S期进行。当CDK活性较高的S/G2期，MCM2–7无法重新装载。CDK活性对MCM2–7装载与激活的差异性调控，确保了DNA复制与细胞分裂的协调进行。通过体外重构、冷冻电子显微镜（cryo-EM）及单分子生物物理学实验对复制前复合体（pre-RC，尤其是芽殖酵母的pre-RC）组装过程的研究，为阐明Mcm2–7装载与激活的分子机制提供了关键见解。在无DNA存在时，游离的Mcm2–7以单个六聚体（SH）形式存在，其DNA进入门位于Mcm2与Mcm5之间。然而，Mcm2–7的DNA结合中央通道被Mcm4和Mcm5的翼状螺旋结构域（WHD）所占据。在酵母pre-RC组装过程中，Cdc6与DNA结合的Orc结合，形成一个功能性ATP酶。随后，Orc-Cdc6招募并装载由Cdt1稳定的Mcm2–7 SH，在DNA上形成Orc-Cdc6-Cdt1-Mcm2–7（OCCM）复合物。结构与功能研究表明，Mcm亚基的ATP水解驱动Mcm2–7复合物单向远离Orc-Cdc6基座进行核转位；这一过程伴随着解旋酶沿DNA成熟时Cdc6和Orc1的逐步解离——最近通过对装载过程中捕获中间态的ATP酶缺陷型Mcm变体进行冷冻电镜分析，阐明了此过程。在Cdc6和Cdt1释放后，Orc相对于已装载的Mcm2–7 SH转换位置，形成Mcm2–7-Orc（MO）复合物，并将第二个由Cdt1稳定的Mcm2–7 SH装载到DNA上。在释放Orc-Cdc6和Cdt1后，两个已装载的Mcm2–7 SH形成头对头的双六聚体（DH），环绕DNA双链。值得注意的是，近期在芽殖酵母中的研究表明，DH的形成可以不通过Orc循环，而是在两个高亲和力位点独立装载完成。在包括人类在内的后生动物中，MCM2–7 DH可以通过两个单个六聚体在DNA上独立装载，随后相互结合形成DH，这表明解旋酶装载机制具有可塑性。尽管MCM2–7装载与调控的整体框架在真核生物中保守，但该过程存在物种特异性特征。例如，酵母Mcm2–7与Cdt1稳定结合，而人类MCM2–7本身与CDT1结合不紧密。近期证据也表明，在体外，人类MCM2–7可以通过依赖ORC6和不依赖ORC6两种途径装载到DNA上。酵母Mcm2–7 DH在其中央通道中环绕未解链的DNA双链，但人类MCM2–7 DH在其六聚体连接处使DNA双链解链。人类MCM2–7的突变与某些发育性疾病相关，例如以侏儒症及其他异常为特征的迈尔-戈尔林综合征（MGORS）。为了更好地理解MCM2–7装载的物种特异性特征以及致病突变的有害效应，作者解析了从人类细胞中纯化的内源性MCM2–7复合物以及在昆虫细胞中表达的重组人MCM2–7的冷冻电镜结构。作者发现一部分人类MCM2–7复合物在无DNA情况下形成了DH。无DNA的MCM2–7 SH和DH的冷冻电镜结构显示，MCM3的WHD停靠于MCM2的C端ATP酶结构域上，形成了一个安全闩，阻止DNA进入MCM2–7的中央通道。有趣的是，一个与MGORS相关的MCM3突变增强了此闩锁作用，并抑制了人类细胞中MCM2–7的装载。该突变同样导致DNA复制缺陷并激活G2/M期DNA损伤检查点。缩短MCM3解旋酶结构域与其WHD之间的连接肽可防止闩锁关闭，从而增加MCM2–7的染色质结合并减轻MGORS突变的细胞表型。因此，作者的研究揭示了一种与疾病相关的MCM2–7装载调控机制。https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2526022123https://pnas.org/doi/10.1073/pnas.2531477123内容为【iNature】公众号原创，
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