□ 翟元梁  李 健

    人类的生命由单个受精卵细胞通过细胞分裂分化而发育成多细胞个体。每个成年人体内至少有30万亿个细胞。基因组脱氧核糖核酸（DNA）通过缠绕核小体折叠成染色体纤维。总长度为两米的DNA被整合成23对染色体，在每次分裂中，编码遗传信息DNA都需要被准确复制。在大约70年的生命旅程中，人体内将会复制接近一光年长度（1016米）的DNA。

    作为整个复制过程的初始阶段，DNA复制起始是解旋酶在复制起始位点组装，并激活形成复制机器——复制体的过程。解旋酶的核心部分是由6个微小染色体维持蛋白（MCM2—7）基因编码组成的环状六聚体。当细胞周期进入G1期时，两个MCM2—7单六聚体会被有序地安装在染色体上成千上万的复制起始位点上，形成环绕双链DNA的MCM2—7双六聚体。

    随着细胞周期进入S期（DNA复制期），这些MCM2—7双六聚体就会被激活，连同其他复制激活因子一起最终形成两个复制体，从复制起始位点开始沿相反方向移动形成复制叉，从而启动DNA复制工作。因此，MCM2—7双六聚体复合物又被称为复制前始复合物，其正确组装和激活是确保DNA复制能顺利开始的关键步骤。

    近年来，由于冷冻电镜在生物学领域快速发展和应用，高分辨率蛋白结构能更加直观清晰地呈现生物大分子复合物的工作状态和原理，使得解析人体细胞MCM2—7双六聚体结构，并阐述双链DNA初始解选机制成为可能。

    在DNA复制起始领域，过往的研究多集中在模式生物酿酒酵母和非洲爪蟾上，对人类细胞研究很少，对体内真实发生的事件难以做到全面模拟，限制了人们对细胞内部实际状态研究。因此，目前对人类细胞DNA复制起始机制的认知，大部分来源于对其他物种研究结果的推测和猜想。

    “揭示人类细胞DNA复制起始新机制”这项研究成果，以人类细胞为对象，使用CRISPR—Cas9基因编辑技术，在MCM7基因的C端敲入3xFLAG标签，并大规模扩增培养收集细胞，率先成功提纯出内源性的人体MCM双六聚体——DNA复合物，通过单颗粒冷冻电镜分析技术，清楚阐明了最初双链DNA解旋的结构和分子机制。

    一直以来，DNA复制是多种癌症治疗药物的作用靶点。目前，市面上的一些抑制DNA复制的抗癌药物，主要通过抑制MCM2-7解旋酶活性、干扰DNA双链结构、直接抑制DNA合成和损伤修复或干扰DNA拓扑酶活性来发挥作用。正常细胞和癌症细胞在增殖时都必须进行DNA复制，导致这些药物不仅会攻击癌细胞，还会伤害正常细胞，以至于无差别地杀死所有进入复制过程的细胞。

    市场上急需既能广谱杀灭癌细胞，又高效且副作用低的化疗药物。“揭示人类细胞DNA复制起始新机制”这项研究成果，为人们带来了希望，通过干扰复制起始位点初始开口结构，可有效阻止MCM2-7双六聚体组装，从而完全抑制DNA复制启动，这对于癌症化疗来说是一个全新的、更理想的方案。

    “揭示人类细胞DNA复制起始新机制”这项研究成果，还提供了高分辨的蛋白质——DNA复合体结构，这对抗癌药物的开发至关重要。通过了解这些蛋白质的结构，人们可以更精准地确定药物的作用靶点，从而开发出更具选择性和亲和力的抗癌药物。如此一来，不仅为人们提供了一个新的抗癌策略，还为抗癌药物的设计和优化提供了宝贵的理论基础和结构框架。

    （作者翟元梁系香港大学生物科学院副教授，李健系香港大学博士生）