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以大肠杆菌recQ基因命名的RecQ家族解旋酶是对基因组稳定性维持极为重要的分子马达蛋白,其功能几乎涉及到DNA复制、修复、重组、转录和端粒维持等代谢过程。在人类的五种RECQ解旋酶中,基因blm,wrn和recq4的突变分别会引起三种显著不同的疾病病征:布鲁姆综合征(Bloom syndrome,BS)、沃纳综合征(Werner syndrome,WS)和先天性血管萎缩皮肤异色综合征(Rothmund Thomson syndrome,RTS)。其中,BS病人细胞最典型的特点是呈现出比正常人约高10倍的姐妹染色单体交换率(Sister chromatid exchanges,SCEs),而且倾向于形成多种恶性肿瘤。由于所有已鉴定的RecQ家族解旋酶都具有结构和功能特点非常相似的C端解旋酶核心结构域,所以,N端的显著差异可能是细胞中各解旋酶具有特异功能的重要因素。然而,截至目前,关于BLM N端结构研究的报导仍较欠缺,关于BLM全长蛋白结构的研究也因其稳定性低、回收量少、大量纯化耗资多等而受到限制。首先,鉴于以上不足,本研究在与已报导的BLM同源蛋白的序列和表达系统进行对比分析的基础上,选取与人BLM解旋酶(homo sapiens BLM helicase,简称h BLM)亲缘关系较近的模式生物鸡BLM解旋酶(Gallus gallus BLM helicase,简称gBLM)为研究对象,优化并确立了gBLM及其截短蛋白gBLM Core和gBLM CΔHRDC在大肠杆菌中的高水平表达和高产量纯化方法体系,这可为gBLM酶学特性和生物物理实验研究提供足量高质量的蛋白。通过对gBLM进行凝胶过滤层析、动态光散射(DLS)、荧光各向异性DNA结合实验、快速停留DNA解旋实验的酶学特性测定,研究得出以下结论:第一,gBLM是一种活力较强的非典型性DNA结构特异性解旋酶,不仅对具有3’尾链的DNA结构底物具有高亲和性,而且可有效结合并解旋具有平末端结构的复制泡状DNA底物,这暗示了gBLM潜在的加工DNA代谢中间物的生物学功能。第二,不同截短gBLM蛋白的活性对比分析显示gBLM N端不仅与gBLM的多聚体形成相关,而且具有明显的辅助结合复制叉和复制泡状DNA底物的功能,对多种DNA结构底物的解旋也是必需的,这揭示了N端对BLM聚体和活性的调控作用。第三,DNA结合和解旋活性对比分析也显示HRDC结构域呈现出明显的辅助gBLM结合和解旋大多数复杂结构DNA底物的特性。因此,gBLM的大量高纯度纯化策略及相应的酶学特性分析结果可为hBLM的结构和分子机理研究提供一个新的参考模型。其次,基于以上gBLM的酶学特性分析,本研究进一步综合利用生物信息学、生物化学和生物物理学方法对BLM的N端进行了深入研究,并取得了以下结果:第一,对数据库中已测序的78种BLM同源蛋白的生物信息学分析发现:BLM同源蛋白N端在物种间差异较大,序列保守性低,且柔性区域较多,推测BLM同源蛋白N端可能不具有保守的三维结构。然而,进一步的分析发现其中含2至3个二级结构元件的DHBN(Dimerization Helical Bundle in N-terminal domain,N端二聚化螺旋束)是存在于脊椎动物BLM同源蛋白N端中的唯一高度保守的结构域,这可能与其在进化中的重要生物功能相关。gDHBN结构稳定性高的特点在不同截短gBLM N端蛋白的限制性蛋白水解实验和LC-MS/MS鉴定中也得到了验证。第二,通过对不同BLM N端截短蛋白的系统晶体初筛、优化、X-射线晶体衍射与解析,研究分别获得了hBLM、gBLM和p BLM(Pelecanus crispus BLM helicase)DHBN的高分辨率的晶体结构:hDHBN(2.0?)、gDHBN(2.7?)和pDHBN(1.4?)。进一步的相互作用力和生化特性对比分析显示高度保守的DHBN结构域主要通过疏水作用力稳定存在,并主要负责参与BLM解旋酶的二聚化。溶液中gDHBN的SAXS测定模型也较好地证实了DHBN的二聚体结构。第三,不同截短gBLM蛋白的凝胶过滤层析分析和DLS测定显示高度保守的二聚化DHBN是BLM高聚体组装的基本单位,在此基础上,本研究提出了之前电镜研究观测的hBLM环状结构模型。同时,不同截短gBLM蛋白的DNA解旋活性测定和DLS对比分析显示伴随着BLM从二聚体被组装成六聚体,其DNA解旋速率与解旋幅度不断降低,这暗示了DHBN结构域对DNA解旋过程的调控作用,也揭示了BLM聚体形态与DNA解旋活性之间的关系。有趣的是,稳定的DHBN二聚体在BLM全长蛋白分子中可由ATP水解诱导解离,这与hBLM和WRN的ATP诱导解离性质相一致。总之,本研究不仅首次优化确立了gBLM的大量高纯度纯化方法,分析了N端对其聚体和酶学活性的调节作用,而且也首次揭示了BLM DHBN的高度序列、结构保守性与多种潜在调控功能,这些研究不仅可深化对BLM同源蛋白酶学特性与结构相似性的理解,同时也可为深入认识细胞中hBLM的聚体组装和结构机理提供重要参考依据。