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Visualizing the DNA Repair Process by a Photolyase at Atomic Resolution
以原子分辨率觀看光解酶催化 DNA 修復的過程
Manuel Maestre-Reyna, Po-Hsun Wang, Eriko Nango, Yuhei Hosokawa, Martin Saft, Antonia Furrer, Cheng-Han Yang, Eka Putra Gusti Ngurah Putu, Wen-Jin Wu, Hans-Joachim Emmerich, Nicolas Caramello, Sophie Franz-Badur, Chao Yang, Sylvain Engilberge, Maximilian Wranik, Hannah Louise Glover, Tobias Weinert, Hsiang-Yi Wu, Cheng-Chung Lee, Wei-Cheng Huang, Kai-Fa Huang, Yao-Kai Chang, Jiahn-Haur Liao, Jui-Hung Weng, Wael Gad, Chiung-Wen Chang, Allan H Pang, Kai-Chun Yang, Wei-Ting Lin, Yu-Chen Chang, Dardan Gashi, Emma Beale, Dmitry Ozerov, Karol Nass, Gregor Knopp, Philip J M Johnson, Claudio Cirelli, Chris Milne, Camila Bacellar, Michihiro Sugahara, Shigeki Owada, Yasumasa Joti, Ayumi Yamashita, Rie Tanaka, Tomoyuki Tanaka, Fangjia Luo, Kensuke Tono, Wiktoria Zarzycka, Pavel Müller, Maisa Alkheder Alahmad, Filipp Bezold, Valerie Fuchs, Petra Gnau, Stephan Kiontke, Lukas Korf, Viktoria Reithofer, Christian Joshua Rosner, Elisa Marie Seiler, Mohamed Watad, Laura Werel, Roberta Spadaccini, Junpei Yamamoto, So Iwata
2024/02/20
隨著X射線晶體學和冷凍電子顯微鏡技術的發展，科學家已經可以用原子等級的解析度分析許多酵素和酵素複合體的結構，然而這些方法只能捕捉反應開始或結束的單一瞬間，無法進一步觀察反應過程與觸發機制。本研究利用X射線自由電子雷射（X-ray free electron laser, XFEL）技術，在極短（一百億分之一到五千分之一秒）的時間內，為DNA光解酶催化過程的多個反應中間體結構拍了18張原子解析度結構。透過這些結構，可進一步揭示DNA修復化學反應的動態過程，如酵素殘基如何促使化學反應、酵素在修復後如何回到基態，以及最終修復的DNA如何恢復其標準結構等過程。
這項研究促進結構生物學的前端發展，亦開啟了酵素學的新時代─可直接以原子解析度觀察酵素反應的完整過程。透過XFEL技術，可檢視酵素的反應中間體結構的全貌，進而提供後續應用機會，例如新藥物開發的潛在新靶點。當這項技術變得更為廣泛應用時，將具有無限的開發潛力。