超嗜热古菌DNA重组修复解旋酶和核酸酶的作用机制及体内功能

同源重组修复是DNA双链断裂(DSB)和停顿复制叉修复的主要途径之一，在基因组稳定中起重要作用，人类多种疾病都与该途径蛋白或其关联蛋白的缺陷密切相关。在超嗜热古菌基因组中，编码新型解旋酶HerA、新型核酸酶NurA、重要的重组修复核酸内切和外切酶Mre11和ATP酶Rad50的基因常位于同一操纵子。前期我们对HerA和NurA的生化性质及其与其它蛋白的相互作用作了研究，但其参与DSB修复的详细机理和体内功能尚不清楚；另外发现硫化叶菌中RecQ家族解旋酶Hjm，可使复制叉回退产生Holliday junction（HJ）,且能够和 HJ特异性核酸内切酶 Hjc相互作用，但二者相互作用的机制及其在细胞内的功能还不明了。本项目拟对解旋酶HerA、Hjm和核酸酶NurA、Hjc的体外生化性质、作用机制、结构域与晶体构造以及它们在古菌细胞内的功能进行研究，预期结果将为真核生物相关研究提供重要启示。

本项目原计划利用生物化学、分子生物学、遗传学和结构生物学的方法，研究超嗜热古菌硫化叶菌（Sulfolobus）中参与DNA双链断裂修复的解旋酶HerA、Hjm, 核酸酶NurA及Hjc等蛋白的性质、结构、体外功能和体内功能等。经过四年的研究，课题组在这些蛋白的生化性质、体内外功能等方面进展良好并取得成果（Hong et al., 2012，DNA Repair; Zheng et al., 2012, Applied and Environmental Microbiology; Wei et al., 2011， Extremophiles）。课题组还分析和鉴定了DNA双链断裂修复相关蛋白重组酶RadA及其同源蛋白RadC1和RadC2，Holliday junction解离酶Hje，DNA修复解旋酶Xpb1、Xpb2和Bax1等的性质和功能并取得成果（Wang, 2013，Science in China; Liang et al., 2013; Journal of Genetics and Genomics; Ma et al., 2011, Extremophiles）。为了完善硫化叶菌遗传操作体系，我们建立了一种抗生素辛伐他汀筛选标记成功用于基因功能遗传分析中（Zheng et al., 2012, Applied and Environmental Microbiology）。本项目还开展了相关基因敲除菌株、超表达菌株的细胞学和蛋白质组学分析，进一步分析了蛋白的功能，相关结果正在投稿中（Huang et al., Molecular Microbiology）。更重要的，通过组学分析，我们发现了与Holliday junction解离酶Hjc互作古菌中保守的新型ATP酶，发现HerA过表达导致细胞分裂关联的ESCRTIII同源蛋白转录水平下调等，为后续硫化叶菌DNA修复机制和其它分子机制的研究确定新的研究方向和课题。