细菌DNA复制前体复合物的结构与功能研究

The elaborate process of genomic replication requires a large collection of proteins properly assembled at a DNA replication fork. The helicase and primase form the primosome which plays important role in DNA replication. Therefore, these two enzymes are attractive target for antibacterial drug development. However, it is still unclear how these two enzyme coordinate with each other at replication fork. Here the structure of the primosome will be investigated by crystallography and Small-Angel X-Ray Scattering (SAXS）, structure-based function will be studied by biochemical assay, the results will reveal how the primosome complex performs dsDNA unwinding activity and priming activity in the initiation of DNA replication.

DNA复制是细胞最基本的生命活动之一，涉及多种蛋白质相互作用。在细菌中，解旋酶和引物酶形成DNA复制前体,在DNA复制中发挥重要作用，目前，对细菌解旋酶和引物酶单个蛋白的研究取得了不少成果，然而DNA复制前体复合物在DNA复制过程中的作用机制仍然不清楚。在本研究项目中，将研究嗜热脂肪芽胞杆菌DNA复制前体的晶体结构和小角散射溶液结构，在结构研究的基础上，设计解旋酶和引物酶突变体，通过生物化学实验进一步验证DNA复制前体与DNA相互作用的机制，进而综合结构与功能研究结果，揭示DNA复制前体的功能和作用机理。

在细菌中，解旋酶和引物酶形成了DNA复制前体(Primosome)。虽然对解旋酶和引物酶单个蛋白的研究分析已经很多, 但对DNA复制前体复合物作用机制还了解甚少。我们制备了嗜热脂肪芽孢杆菌复制前体复合物，测定了DNA复制前体的ATPase活性，DNA复制前体的ATP水解活性是DnaB解旋酶的2倍。成功获得了DNA复制前体复合物晶体，晶体衍射分辨率在7-10Å之间。利用小角散射技术获得了枯草芽胞杆菌引物酶(BsuDnaG)的溶液结构，BsuDnaG在溶液中显示为单体，呈长条状，其全长结构较为伸展，ZBD倾向于伸展排列，HBD并非完全紧靠于RPD背后，而是较为松散的排列在RPD上端。引物酶容易降解，虽然引物酶三个结构域的晶体结构已知，但其全长结构一直未知，本项目利用小角散射技术解析了枯草芽胞杆菌引物酶的溶液结构，对于进一步认识解旋酶和引物酶相互作用具有重要意义。