生命学院孙博课题组揭示ParB蛋白随机多聚化调控DNA组装机制

近日，上海科技大学生命科学与技术学院孙博课题组在学术期刊《核酸研究》(Nucleic Acids Research)上在线发表题为“Stochastically multimerized ParB orchestrates DNA assembly as unveiled by single-molecule analysis ”（单分子分析揭示ParB通过随机多聚调控DNA组装）的研究论文，报道了染色体分离相关蛋白ParB调控DNA组装的新机制。

染色体分离（chromosome segregation）是指成对的同源染色体彼此分开的过程。染色体分离对于确保亲本遗传信息完整准确地遗传给子代至关重要。在大多数细菌和质粒中，染色体分离通过ParABS系统实现。该系统由ATP酶ParA、DNA结合蛋白ParB及其特异性结合的DNA序列parS组成。

在典型的ParABS系统中，ParB二聚体可以特异性识别、结合parS位点，并由CTP驱动扩散到parS相邻的DNA上。为了形成染色体分离核蛋白复合物，与DNA结合的ParB二聚体需要进一步聚集成DNA共凝聚物以实现高阶ParB-DNA组装。但是，ParB二聚体如何有效组织并压缩DNA形成染色体分离核蛋白复合物仍然未知。

本研究中，研究人员在单分子水平上实时动态监测枯草芽孢杆菌ParB蛋白与DNA的结合状态及其动态变化过程。研究发现，几十个ParB二聚体可以在几秒内自发地聚集形成多聚体（multimer）。ParB多聚体可以稳定结合非特异DNA，并由CTP水解驱动实现DNA扩散、parS识别等。与ParB二聚体不同的是，ParB多聚体具有桥接、运输DNA的独特特征（图1）。这些研究结果提示ParB多聚体可能作为中间体介导ParB二聚体进一步实现高阶ParB-DNA复合物的组装，为理解ParABS系统调节染色体分离提供了重要的分子基础。

图1：ParB多聚体组织DNA组装的分子机制模型。

该论文中，孙博课题组2020级博士生郭丽娟及2021级博士生赵艺琳为共同第一作者，孙博教授为通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。

文章链接：https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkac651/6651868