6月18日，Nature Structural & Molecular Biology（NSMB）在線發(fā)表了中國科學(xué)院上海免疫與感染研究所王嵐峰研究組、復(fù)旦大學(xué)陳振國課題組和美國紀(jì)念斯隆-凱特琳癌癥中心趙曉嵐課題組的合作研究論文：Cryo-EM structures of Smc5/6 in multiple states reveal its assembly and functional mechanisms。

真核生物的基因組裝配成高度有序而又動(dòng)態(tài)多變的染色質(zhì)，進(jìn)一步凝縮形成染色體作為遺傳信息的載體。一類被稱為染色體結(jié)構(gòu)維持復(fù)合物（Structural Maintenance of Chromosome, SMC）的多亞基蛋白機(jī)器在該過程中發(fā)揮重要作用。真核生物的SMC主要包含cohesin、condensin和Smc5/6復(fù)合物三個(gè)成員。Smc5/6復(fù)合物最初被發(fā)現(xiàn)在基因組穩(wěn)定性的維持和DNA損傷修復(fù)中起作用。近年來的研究表明Smc5/6復(fù)合物在限制病毒episome 復(fù)制/轉(zhuǎn)錄過程中也具有重要功能，有望成為抗病毒治療的新靶點(diǎn)。

圖1：8亞基Smc5/6復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)

Smc5/6復(fù)合物由Smc5、Smc6和六個(gè)非SMC元件（Nse1-6）8個(gè)亞基組成，完整Smc5/6復(fù)合物的結(jié)構(gòu)信息的缺失阻礙了對其多元化生物學(xué)功能的理解。研究團(tuán)隊(duì)利用桿狀病毒昆蟲表達(dá)體系制備了高度均一的蛋白復(fù)合物樣品，借助冷凍電鏡技術(shù)解析了釀酒酵母Smc5/6復(fù)合物的三種不同狀態(tài)【完整的8亞基（-8mer），缺少Nse1-3-4的5亞基（-5mer），和缺少Nse5-6的6亞基（-6mer）復(fù)合物】的三維結(jié)構(gòu)。其中8亞基Smc5/6復(fù)合物分辨率高達(dá)3.2埃，為在原子水平闡明該復(fù)合物的組成模式及功能機(jī)制提供詳盡的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（圖1）。

研究發(fā)現(xiàn)，因?yàn)橛歇?dú)特的Nse2亞基和Smc5的結(jié)構(gòu)特性，該復(fù)合物形成了長度為～46 nm的“長桿”結(jié)構(gòu)，與SMC 家族其他成員的“臂折疊”結(jié)構(gòu)不同。此外，研究人員鑒定到Nse2亞基包含由～3-turn螺旋形成的“楔形”結(jié)構(gòu)基序(Wedge)和Nse6亞基的N端的“鉤狀”結(jié)構(gòu)基序(Hook）。該兩個(gè)結(jié)構(gòu)基序通過橋接Sm5-Smc6 異源二聚體，在維持整個(gè)復(fù)合物的穩(wěn)定性及DNA修復(fù)中的功能發(fā)揮重要作用。

通過多種不同狀態(tài)的結(jié)構(gòu)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)Nse1-3-4和Nse5-6亞復(fù)合物的結(jié)構(gòu)高度穩(wěn)定，提示復(fù)合物組裝過程中可能是通過模塊化的方式實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，從結(jié)構(gòu)上闡明了Nse1-3-4和Nse5-6兩個(gè)亞復(fù)合物拮抗調(diào)控Smc5/6復(fù)合物ATPase活性的分子機(jī)制。依據(jù)ATPase酶活性的不同，推測：Smc5/6-8mer完整復(fù)合物代表了一種“半抑制”狀態(tài)；而缺失了Nse1-3-4的-5mer復(fù)合物則是一種無活性的中間態(tài)；一旦Nse5-6從-8mer復(fù)合物上解離， -6mer則顯示出更活躍的狀態(tài)（圖2）。這種調(diào)節(jié)機(jī)制在SMC家族的其他復(fù)合物中并不常見，提示Smc5/6復(fù)合物在DNA操縱過程中具有獨(dú)特的調(diào)控機(jī)制。本研究成果為深入理解Smc5/6復(fù)合物的功能機(jī)制提供了重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，對于進(jìn)一步探究其在相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展中的潛在作用具有重要意義。

圖2：Smc5/6 復(fù)合物三種不同狀態(tài)的結(jié)構(gòu)及相關(guān)?ATP?酶活性變化的模式圖

中國科學(xué)院上海免疫與感染研究所博士研究生李茜和張俊，紀(jì)念斯隆-凱特琳癌癥中心博士后Cory Haluska，復(fù)旦大學(xué)博士研究生張翔為本文的共同第一作者。王嵐峰研究員、陳振國研究員和趙曉嵐教授為本文的通訊作者。中國科學(xué)院生物物理研究所王祥喜研究員和復(fù)旦大學(xué)孫蕾研究員也參與了該工作。該研究得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)（B）計(jì)劃，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，上海市科技重大專項(xiàng)的資助。冷凍電鏡相關(guān)的研究得到復(fù)旦大學(xué)冷凍電鏡平臺的大力支持。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41594-024-01319-1