煙草、汽車尾氣和燃煤排放所產(chǎn)生的苯并芘 (BP) 是一種常見的環(huán)境污染物,BP在體內(nèi)經(jīng)過代謝產(chǎn)生強(qiáng)致癌產(chǎn)物BPDE，BPDE與DNA上的鳥嘌呤結(jié)合形成的加合物（BPDE-dG）與肺癌發(fā)生密切相關(guān)�？鐡p傷 DNA 合成 (TLS)聚合酶可以直接在DNA 加合物對面摻入核苷酸，使由于DNA 損傷的存在而停滯的DNA復(fù)制得以延續(xù)。TLS 可分為無錯旁路和易錯旁路兩種途徑，無錯旁路途徑主要是在DNA加合物對側(cè)摻入正確的核苷酸；而易錯旁路途徑在損傷的模板對側(cè)摻入錯誤的核苷酸，從而引發(fā)基因組突變。

　　目前人體內(nèi)共有大約15種DNA聚合酶，Polκ是迄今已知的唯一能正確跨越BPDE-dG加合物的聚合酶。Polκ可以在BPDE-dG 對面正確摻入dCTP，并進(jìn)行有效的延伸，從而保護(hù)了細(xì)胞免受因BPDE-dG 損傷引發(fā)的基因組突變,而缺失Polκ則導(dǎo)致BP誘發(fā)的基因組突變率顯著升高。關(guān)于Polκ正確跨越BPDE-dG加合物的分子機(jī)理一直不清楚。

　　中國科學(xué)院北京基因組研究所基因組變異與精準(zhǔn)生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究員郭彩霞與美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)楊薇博士合作，利用Polκ在古菌中的同源物Dpo4易錯跨越BPDE-dG 加合物的特性，通過系統(tǒng)比較Polκ與Dpo4的結(jié)構(gòu)差異，預(yù)測Polκ活性中心與小指之間gap的結(jié)構(gòu)變化及其N端獨(dú)特的N-Clasp結(jié)構(gòu)可能調(diào)控Polκ正確跨越BPDE-dG加合物。研究人員綜合運(yùn)用了生物化學(xué)、分子生物學(xué)、合成化學(xué)、分子模擬等多種技術(shù)手段，首次發(fā)現(xiàn)Polκ的gap結(jié)構(gòu)決定了跨越BPDE-dG加合物的延伸能力和保真性，細(xì)胞回轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了Polκ-gap結(jié)構(gòu)在調(diào)控跨越BPDE-dG加合物效應(yīng)中的重要作用。同時，缺失N末端51個氨基酸的Polκ表現(xiàn)出減弱的DNA合成能力，并完全喪失了在BPDE-dG損傷模板上的延伸能力，揭示了Polκ N-clasp結(jié)構(gòu)在跨越 BPDE-dG損傷過程中的重要作用,闡明了Polκ正確跨越BPDE-dG催化反應(yīng)的關(guān)鍵分子機(jī)制。相關(guān)研究于2014年1月在線發(fā)表于Proceedings of the National Academy of Sciences, USA (PNAS)。

　　隨著環(huán)境污染的加重，癌癥、神經(jīng)變性病、心血管病等多種人類重大疾病的發(fā)病率顯著上升。本研究成果對于進(jìn)一步揭示常見環(huán)境污染物導(dǎo)致人類重大疾病發(fā)生的分子機(jī)制，發(fā)展相關(guān)疾病預(yù)防和治療手段具有重要意義。

　　參與本研究的還有第一作者劉揚(yáng)博士，中國科學(xué)院動物研究所生物膜與膜生物工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員唐鐵山等。該項(xiàng)工作得到了中國科學(xué)院、科技部、國家自然科學(xué)基金委的支持。