西湖大學于洪濤/施一公及深圳醫學科學院胡名旭/顏寧2篇PNAS

染色質加載六聚體復制解旋酶MCM2–7復合物需要其與起點識別復合物（ORC）、CDC6及CDT1進行協調的交互作用。未與DNA結合的MCM2–7形成一個單六聚體（SH），其DNA進入門位于MCM2與MCM5之間。兩個MCM2–7單六聚體可依次加載形成環繞DNA雙鏈的雙六聚體（DH）。活化的MCM2–7隨后解旋DNA并啟動DNA復制。

2026年2月20日，西湖大學于洪濤及施一公團隊合作在PNAS在線發表題為“A Meier–Gorlin syndrome mutation impairs the loading of the MCM2–7 complex during DNA replication initiation”的研究論文。該研究顯示，一部分未結合DNA的人源MCM2–7以雙六聚體形式存在。

出乎意料的是，作者發現無論在無DNA的雙六聚體還是單六聚體中，MCM3的翼螺旋結構域（WHD）均停靠在MCM2上，從而在DNA進入門處形成一個安全閂，以阻止DNA進入中央通道。該安全閂可被ORC-CDC6的結合所打開。通過基于結構的突變或與疾病相關的MCM3突變干擾此閂鎖，會導致復制缺陷并激活DNA損傷檢查點。縮短MCM3解旋酶結構域與翼螺旋結構域之間的連接區，可緩解閂鎖強化突變引起的細胞周期缺陷。作者的研究結果揭示了MCM2–7加載過程中的一個受調控步驟，這對人類疾病具有潛在意義。

另外，在2026年2月25日，深圳醫學科學院特聘研究員胡名旭，清華大學生命學院副教授王佳偉，深圳醫學科學院創始院長、深圳灣實驗室主任顏寧合作（張起是該文的第一作者）在PNAS在線發表題為“Absolute hand determination of glycofibrils from natural sources in cryo-EM”的研究論文，該研究介紹了一種名為 Ahaha 的簡單且高效的在冷凍電子顯微鏡下確定天然來源糖纖維絕對手性的方法。通過Ahaha的絕對測量法，該研究構建了四個來自天然水樣糖纖維素的原子模型，這有助于對糖類的研究。Ahaha的在線服務網址為：https://cryoseek.org/ahaha。

基因組DNA的忠實復制確保了基因組的穩定性。DNA復制在每次細胞分裂周期中嚴格限制為“一次且僅一次”。由六個亞基（ORC1–6）組成的復制起點識別復合物（ORC）在整個細胞周期中結合于復制起點。在G1期，ORC、CDC6和CDT1共同作用，將六聚體復制解旋酶MCM2–7裝載到染色質上。在S期，MCM2–7通過磷酸化以及CDC45和GINS的結合而被激活，形成具有活性的CDC45-MCM2–7-GINS（CMG）解旋酶；該解旋酶負責解開DNA雙鏈、啟動復制體形成并起始DNA復制。MCM2–7的裝載發生在整體細胞周期蛋白依賴性激酶（CDK）活性較低的G1期，而其激活則僅能在CDK活性較高的S期進行。當CDK活性較高的S/G2期，MCM2–7無法重新裝載。CDK活性對MCM2–7裝載與激活的差異性調控，確保了DNA復制與細胞分裂的協調進行。

通過體外重構、冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）及單分子生物物理學實驗對復制前復合體（pre-RC，尤其是芽殖酵母的pre-RC）組裝過程的研究，為闡明Mcm2–7裝載與激活的分子機制提供了關鍵見解。在無DNA存在時，游離的Mcm2–7以單個六聚體（SH）形式存在，其DNA進入門位于Mcm2與Mcm5之間。然而，Mcm2–7的DNA結合中央通道被Mcm4和Mcm5的翼狀螺旋結構域（WHD）所占據。在酵母pre-RC組裝過程中，Cdc6與DNA結合的Orc結合，形成一個功能性ATP酶。隨后，Orc-Cdc6招募并裝載由Cdt1穩定的Mcm2–7 SH，在DNA上形成Orc-Cdc6-Cdt1-Mcm2–7（OCCM）復合物。

結構與功能研究表明，Mcm亞基的ATP水解驅動Mcm2–7復合物單向遠離Orc-Cdc6基座進行核轉位；這一過程伴隨著解旋酶沿DNA成熟時Cdc6和Orc1的逐步解離——最近通過對裝載過程中捕獲中間態的ATP酶缺陷型Mcm變體進行冷凍電鏡分析，闡明了此過程。在Cdc6和Cdt1釋放后，Orc相對于已裝載的Mcm2–7 SH轉換位置，形成Mcm2–7-Orc（MO）復合物，并將第二個由Cdt1穩定的Mcm2–7 SH裝載到DNA上。在釋放Orc-Cdc6和Cdt1后，兩個已裝載的Mcm2–7 SH形成頭對頭的雙六聚體（DH），環繞DNA雙鏈。值得注意的是，近期在芽殖酵母中的研究表明，DH的形成可以不通過Orc循環，而是在兩個高親和力位點獨立裝載完成。在包括人類在內的后生動物中，MCM2–7 DH可以通過兩個單個六聚體在DNA上獨立裝載，隨后相互結合形成DH，這表明解旋酶裝載機制具有可塑性。

模式機理圖（圖片源自PNAS）

盡管MCM2–7裝載與調控的整體框架在真核生物中保守，但該過程存在物種特異性特征。例如，酵母Mcm2–7與Cdt1穩定結合，而人類MCM2–7本身與CDT1結合不緊密。近期證據也表明，在體外，人類MCM2–7可以通過依賴ORC6和不依賴ORC6兩種途徑裝載到DNA上。酵母Mcm2–7 DH在其中央通道中環繞未解鏈的DNA雙鏈，但人類MCM2–7 DH在其六聚體連接處使DNA雙鏈解鏈。

人類MCM2–7的突變與某些發育性疾病相關，例如以侏儒癥及其他異常為特征的邁爾-戈爾林綜合征（MGORS）。為了更好地理解MCM2–7裝載的物種特異性特征以及致病突變的有害效應，作者解析了從人類細胞中純化的內源性MCM2–7復合物以及在昆蟲細胞中表達的重組人MCM2–7的冷凍電鏡結構。作者發現一部分人類MCM2–7復合物在無DNA情況下形成了DH。無DNA的MCM2–7 SH和DH的冷凍電鏡結構顯示，MCM3的WHD停靠于MCM2的C端ATP酶結構域上，形成了一個安全閂，阻止DNA進入MCM2–7的中央通道。有趣的是，一個與MGORS相關的MCM3突變增強了此閂鎖作用，并抑制了人類細胞中MCM2–7的裝載。該突變同樣導致DNA復制缺陷并激活G2/M期DNA損傷檢查點。縮短MCM3解旋酶結構域與其WHD之間的連接肽可防止閂鎖關閉，從而增加MCM2–7的染色質結合并減輕MGORS突變的細胞表型。因此，作者的研究揭示了一種與疾病相關的MCM2–7裝載調控機制。

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2526022123

https://pnas.org/doi/10.1073/pnas.2531477123