人類基因組中存在大量具有“跳躍”能力的逆轉座子序列。在胚胎發育早期、免疫及神經系統等特定階段和環境下，它們會被激活并發揮重要生理功能。在病毒感染、腫瘤發生及機體衰老等狀態下，它們通常會持續異常活化，使基因調控紊亂和基因組不穩定。
人體唯一具有自主轉座活性的逆轉座子——長散在元件1（LINE-1），是大多數逆轉座子的遷移載體。其異常逆轉座活性，被認為與病毒基因整合、癌細胞及衰老細胞中的基因組紊亂等相關。LINE-1逆轉座過程，由其編碼的逆轉錄酶ORF2p，通過靶向啟動逆轉錄（TPRT）機制完成。目前，學界關于其靶向整合的分子機制尚不明晰。
10月9日，中國科學院生物物理研究所研究團隊，系統解析了LINE-1逆轉座過程中RNA識別、DNA靶向切割及核酸內切酶活性調控等問題，闡明了復制偶聯的逆轉座機制。在該研究中，科研人員純化了處于活躍轉座狀態的ORF2p-內源核酸復合物，并通過單顆粒冷凍電鏡解析了高分辨率三維結構，揭示了ORF2p通過表面強電荷與基因組DNA相結合，在RT逆轉錄活性中心通過多個氨基酸變構調節，進行cDNA合成的分子模型。
同時，研究團隊建立了高效的ORF2p體外DNA切割體系，發現了ORF2p對特定分叉結構的DNA底物，尤其是DNA復制后滯鏈特有的flap結構，表現出較高的活性。進一步，核酸內切酶結構域的構象變化，使ORF2p實現DNA雙鏈的分步切割。
這一研究首次證明了ORF2p是依賴于DNA底物結構的核酸內切酶，揭示了LINE-1整合與細胞復制周期相關的分子基礎。同時，該研究從結構和生化角度，闡明了LINE-1逆轉座過程中，核酸底物結合模式和DNA結構介導的靶向切割機制，揭示了逆轉座酶在進化過程中的保守和變異特征，即逆轉錄活性高度保守，且DNA識別與切割方式存在顯著差異，刷新了學界對LINE-1逆轉座機制的認知，為基于逆轉座調控的藥物研發提供了新的理論依據。
相關研究成果以Mechanism of DNA targeting by human LINE-1為題，發表在《科學》（Science）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國科學院的支持。
論文鏈接
LINE-1 ORF2p功能逆轉座復合物的結構
LINE-1逆轉座酶靶向切割DNA的分子機制
本文鏈接：研究揭示人逆轉座子LINE-1靶向整合基因組重要機制http://www.sq15.cn/show-12-1878-0.html
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