揭示DNA復制總是從5’端向3’端進行之謎

--通過研究一種逆向反應的酶，科學家們猜測為何DNA復制總是沿著正向進行。

核苷酸鏈，如DNA和RNA，是由利用另一條互補的鏈進行復制而進行合成的。這種復制過程總是沿著正向進行的，即從5’端向3’端進行，記為正向反應。在這一過程期間，將要被復制的雙鏈DNA的兩條鏈分開，并且彼此反方向對齊，這就讓事情變得更為復雜。

當DNA復制時，其中的一條鏈能夠持續地合成，而另一條鏈則是先合成出很多片段，然后再連接在一起。生物學上的重大問題之一就是為何細胞沒有逆向反應的酶以便兩條鏈能夠地合成。

zui近，科學家們已發現一組被稱為Thg1樣蛋白（Thg1-like protein, TLP）的酶，而且還發現這些酶在逆向上利用堿基配對的方式將核苷酸加入截斷的tRNA分子的5’端上，記為逆向反應。在這個方向上添加核苷酸的情形是非常罕見的。TLP是例外，在逆向上添加核苷酸來修復受損的RNA的“另一端（即5’端）”。

在一項新的研究中，來自日本北海道大學的Min Yao和她的團隊利用X射線晶體衍射方法揭示出TLP/RNA復合體結構。這讓他們能夠認識TLP在逆向上添加核苷酸的復雜機制。相關研究結果近期發表在Science Advances期刊上，論文標題為“Template-dependent nucleotide addition in the reverse (3′-5′) direction by Thg1-like protein”。

他們的結構分析揭示出TLP催化的這種核苷酸添加反應分兩步完成：利用ATP/GTP激活tRNA分子的5’端，然后將核苷酸添加到這個末端上。第二步在正向反應中也可觀察到。這種逆向反應的*之處在于開始時招募能量分子，即ATP和GTP。這種酶明顯利用招募到的能量分子將合成方向由正向切換到逆向。

研究人員猜測這種逆向進行復制的酶并不用于DNA復制之中，這是因為它需要一種結構上比較復雜的過程。

Yao說，“通過更加詳細地比較正向反應和逆向反應的分子機制，我們將能夠充分地理解DNA復制的進化環境。”