2015-01-012024-05-17https://scholars.lib.ntu.edu.tw/handle/123456789/680582摘要：細胞的遺傳物質去氧核糖核酸持續性的遭受不同形式的損害，在這之中，雙股去氧核糖核酸的斷裂是最嚴重的染色體損傷。如果細胞未適當的修復斷裂的去氧核糖核酸，會導致染色體的異常及遺傳物質的不穩定性。同源重組 (Homologous recombination) 不僅是細胞主要修復去氧核糖核酸斷裂的機轉；而且不適當同源重組的調控，也會促成染色體的異變甚至癌症的發生。所以細胞具有嚴密的機制來調控同源重組的進行。同源重組反應的起始是由重組酵素 (Recombinase) 所催化。重組酵素會結合單股去氧核糖核酸，形成核蛋白聚合物 (Nucleoprotein filament) 並將單股去氧核糖核酸與同源的雙股去氧核糖核酸進行交換，以完成同源重組反應。即使我們對同源重組反應的瞭解有所進展，我們仍缺乏闡明重組酵素和其交互作用的蛋白彼此調控的分子機轉。在過去的研究無法闡釋重組酵素核蛋白聚合物的分子機制，主要是因為重組酵素核蛋白聚合物分子太大，無法利用結晶放射線繞射或者是核磁共振法來解析大分子的結構。但這樣巨大分子的複合體則非常適用於低溫電子顯微鏡來進行研究。我們可利用低溫電子顯微鏡來探討以下重要的同源重組與修復去氧核糖核酸斷裂的機轉：(1) 重組酵素： Rad51 和 Dmc1 ，在和不同形態去氧核糖核酸結合的分子構形；及 (2) 重組酵素相互作用的蛋白對於重組酵素結構的影響。再這部份的研究，北京清華大學王宏偉博士是有非常豐富的蛋白質與去氧核糖核酸複合體在低溫電子顯微鏡的研究經驗，透過與他的實驗室合作與交流，我們能夠利用結構學來闡釋一些重要的生物學上尚未突破的問題；並且我們也可以學習低溫電子顯微鏡的方法學來進行更多相關的研究。此研究的成果也將有助於提供預防及藥物研發的策略與基礎來治療因同源重組反應失控所導致的人類疾病，例如癌症。 我們長期的研究目標是去闡釋在哺乳類中重組酵素以及其交互作用的蛋白質之間的作用機制。我們希望可以透過下面的議題來了解其機制：(1) 哺乳類的 Swi5 和 Sfr1 蛋白是如何調控重組酵素的活性? (2) 在進行同源重組時，Swi5-Sfr1 複合體與重組酵素之間的蛋白質交互作用是否有重要的影響? (3) Swi5-Sfr1 複合體在分子以及結構的層次是如何調控重組酵素的活性? (4) Swi5-Sfr1 複合體和其他會參與調控重組酵素的蛋白(如：BRCA2) 是如何一起調控同源重組反應? 藉由闡釋重組酵素相互作用蛋白質的作用機制，可以提供更多資訊去了解同源重組如何維持基因組的完整性，並更進一步達到抑制腫瘤的形成。 <br> Abstract: The goal of this proposal aims to decipher the detailed structures of (1) Rad51 and its paraolog Dmc1 recombinase-mediated DNA repair; and (2) mechanistic action of functional synergy between mammalian Swi5-Sfr1 complex and Rad51 recombinase. Our research work will make a significant contribution to the scientific community with (1) ascertaining the detailed structures and action mechanisms of Rad51 & Dmc1 recombinases in recombination repair; (2) delineating the mechanistic actions of mammalian Swi5-Sfr1 complex in promoting Rad51 recombinase-mediated strand exchange; and (3) that our sophisticated reconstituting recombination systems will provide a platform to the homologous recombination society to systematically delineate the mechanistic roles of recombinase associated partners. In conclusion, by combining biochemical, EM-3D reconstruction and cryo-EM studies that obtained from this proposal, we will gain the tremendous understanding and shed light on the action mechanism between recombinase and their interacting components in the recombination reaction. The molecular insights garnered from our studies could potentially provide the basis for devising the strategies for prevention and treatment of various cancers that arise because of HR deficiency or inappropriate regulation.DNA修復同源重組Rad51重組酵素低溫電子顯微鏡DNA RepairHomologous RecombinationRad51RecombinaseCryoEM