細胞進行減數分裂時，會進行計畫性同源重組，藉由計畫性DNA雙股斷裂以進行序列互換，幫助染色體分離並增加基因多樣性。在酵母菌中，同源重組蛋白Dmc1必須在斷裂的單股DNA上形成核蛋白絲，才能配對同源股進行後續的股交換反應。然而在細胞中，單股DNA會先被單股DNA結合蛋白RPA包覆，避免單股的降解並移除二級結構，所以同源重組蛋白Dmc1必須要取代RPA才能順利形成核蛋白絲。這個步驟必須藉由輔助蛋白Mei5-Sae3的幫忙才能有效達成，然而其調控的作用機制並不清楚。本院化學系、臺大生化所以及日本大阪大學研究團隊，利用生物化學蛋白技術，以及單分子螢光能量轉移及多光色螢光共位實驗技術(Single-Molecule FRET and Colocalization)，將Dmc1結合於DNA上視為A+B-> AB的化學反應，以單分子技術實時觀測Dmc1的結合以及RPA的取代反應。相較於傳統生化實驗觀察樣品的平均行為，容易忽略樣品中的分布及反應過程中短暫的中間狀態，透過單分子實驗直接且即時觀察單個分子的反應過程，能夠以高時間解析度提供動力學和機制上的資訊。
研究結果顯示，在輔助蛋白Mei5-Sae3的幫助下，Dmc1的解離速率(koff)會被抑制，進而達到穩定小Dmc1複合體的效果。同時利用單分子技術即時觀測RPA被 Dmc1取代時的反應進程，發現在RPA脫落前，2~3 個Dmc1小複合體就已經形成於DNA的單雙股交界處，並且此Dmc1小複合體的穩定度與RPA的取代效率成正相關。由單分子技術所提供的反應機制和動力學細節，我們提出了Mei5-Sae3的作用分子機制模型，解釋Mei5-Sae3能幫助Dmc1穩定結合於RPA所裸露的短單股上，進而競爭RPA的動態結合，達到移除RPA並形成Dmc1核蛋白絲的效果。這項研究中，不但首度解釋了Mei5-Sae3的作用機制，更首度提出了此種新型輔助蛋白作用方法，非藉由影響RPA的結合穩定性，而是藉由穩定同源重組蛋白來達成幫助取代RPA的效果，這個研究對生物學家來說，提供了對蛋白-DNA作用在細胞中的調控機制，有更大的影響力。
本研究的共同第一作者魏嶔典，是化學系學士班同學，剛於2024六月學士畢業。魏同學以大學部專題生身分參與研究工作，結合課程知識及應用在研究計畫上，是學習過程的優秀展現，他也獲得本年度本校學士論文獎(院長獎) 的肯定。另一共同第一作者張皓衍，是生化所冀宏源老師與化學系李弘文老師的共同博士後研究員。其他作者包括化學所呂家驊，生化所張姿淳，及日本大阪大學篠原彰教授的研究團隊Asako Furukohri，Stephen Mwaniki。這項研究得到了國科會、臺灣大學以及大阪大學的支持。這個國際合作計畫，展現了物理化學，生物化學及遺傳學領域，跨領域合作的重要與影響力。
論文全文：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S007964252400118X?via%3Dihub 文章來源：https://www.science.ntu.edu.tw/news-948/
The co-first authors of this research include Chin-Dian Wei, an undergraduate researcher (NTU Chemistry), and Dr. Hao-Yen Chang, a postdoctoral fellow (NTU IBS and Chemistry). Other contributing authors are Chia-Hua Lu, Chih-Chun Chang, and the Japanese team Asako Furukohri and Stephen Mwaniki from Professor Akira Shinohara’s lab at Osaka University. This research is supported by NSTC, NTU, and Osaka University.
Link to the paper: https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkae780/7757939
Source: https://www.asiaresearchnews.com/content/international-collaboration-team-reveals-key-mechanism-regulating-dna-recombination