中央研究院 生物化學研究所

本所特聘研究員蔡明道院士與研究副技師吳文晉博士所領導的DNA聚合酶團隊於五月二十九日在《美國化學學會期刊》（Journal of the American Chemical Society）上發表一篇成果論文，報導人類DNA聚合酶μ能夠利用錳離子進行非典型的催化反應以調控其多項功能。此文章的第一作者張堯凱為台大生化科學所博士班學生。

錳離子對人體而言是必要的微量元素，然而過量的錳離子則會導神經方面疾病；此外，許多研究亦指出DNA聚合酶在錳離子的催化下容易造成DNA突變，因此DNA聚合酶多以鎂離子為輔因子進行催化以確保DNA合成之正確性。人類DNA聚合酶μ (簡稱「Pol μ」) 負責催化多種DNA的修復與合成，且具有偏好錳離子進行催化反應的罕見特性。因其反應機制不明，Pol μ 偏好錳離子的性質一直是個未解之迷。研究團隊發現Pol μ 在與DNA結合前，不僅以具活性的構型預先結合金屬·去氧核苷酸 (M·dNTP)，且於反應初期即顯現其偏好錳離子的特性。例如，將dNTP或8-oxo-dGTP配對至DNA的缺口上、在NHEJ中嵌入rNTP、將dNTP嵌入單股DNA。綜合所解出的Pol μ:MndNTP二元複合物、催化前的三元複合物、產物複合物共19個晶體結構，研究團隊發現Pol μ 可在錳離子的幫助下進行非典型的催化反應：在結合DNA前預先與dNTP結合。此特性可增加DNA的多樣化並有利於人體DNA修復及製造不同抗體；然而，過量的錳離子亦可能造成DNA突變。此研究發現並提供了Pol μ 進行非典型催化反應的結構機制基礎，並擴展DNA聚合酶反應機制的多樣性：在典型的DNA聚合酶反應途徑外加入了預先結合dNTP的非典型反應途徑。本篇論文為此研究團隊繼2014 年非洲豬瘟病毒 Pol X 之 JACS論文、2016年人類 Pol μ 之JACS 論文以及2017年 Nature Reviews Chemistry綜述論文後的另一重大成果報導。本研究由本院、科技部與臺灣蛋白質計畫支持。

此論文的標題為 “Human DNA Polymerase μ Can Use a Noncanonical Mechanism for Multiple Mn²⁺-mediated Functions”

論文網站：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b01741

作者群：Chang YK, Huang YP, Liu XX, Ko TP, Bessho Y, Kawano Y, Maestre-Reyna M, Wu WJ*, Tsai MD*

更新時間 : 2019.06.11

圖說：人類DNA聚合酶Pol μ可在錳離子的幫助下，進行非典型 (non-canonical) 的催化反應：在結合DNA前，預先以具活性的構型結合錳·去氧核苷酸 (Mn·dNTP)。在一般鎂離子的情況下，Pol μ則遵循典型 (canonical) 的催化路徑。下圖：Pol μ:MndCTP二元複合物的活化區構型 (綠色) 與前催化三元複合物 (precatalytic ternary complex，灰色) 非常相似。