中心法则是遗传信息从DNA到DNA的复制、继而从DNA传递给RNA的转录、再从RNA传递给蛋白质的翻译过程的转移法则，是生物大分子DNA、RNA和蛋白质参与细胞生命活动所遵循的重要规律。其中DNA复制就是这一法则的*步，也是zui重要的一步，虽然多年来科学家们解析了这一步骤的多个方面，但是关于复制起始复合体（ORC）的环状蛋白质依然是个谜。

来自美国文安德尔研究所等处的研究人员zui近详细描述了DNA复制中的这个关键*步，相关研究成果公布在2月13日的Nature Structural & Molecular Biology杂志上，文章的通讯作者之一，文安德尔研究所的表观遗传学中心教授李慧林（Huilin Li，音译）博士说，“这是关于一个‘*’环的故事。生物学家多年前就已经知道，ORC和解旋酶是DNA复制起始和复制进程中*的环状结构，但到目前为止，我们从未了解ORC环如何将解旋酶环装载到DNA上的。”

多细胞生物在细胞分裂之时进行生长，在细胞分裂之前，它必须为新细胞生成组成元件副本。由于DNA信息被密封在DNA双链内部，访问和复制信息之前一种叫做复制体（replisome）的专门机器必须要解开DNA链。MCM马达是复制体的关键组成部分，它负责解开配对的DNA链。而MCM是一个闭合的蛋白质环，在它环绕DNA长链之前必须首先要打开它，ORC就负责解决这一问题。它可以打开MCM环，让其能够环绕并解开DNA。

这项研究揭示了ORC的特殊α-螺旋能进入DNA的一个凹槽中，启动DNA复制的一系列级联微管相互作用。此外研究还发现ORC在Cdc6和Cdt1的帮助下，通过翼状螺旋结构域的配对相互作用将解旋酶核心部分加载到DNA上，这样就会形成14个组合蛋白结构，完成*个解旋酶环的加载，然后准备加载下一个环。

这整个过程代表了一个非常复杂且精细的系统开始运作，在人体许多细胞中DNA上的数万个位点上不间断工作，它们都是从ORC开始的。

此前的研究表明，ORC是一个六亚基蛋白质复合体，其中有五个亚基形成了一个微微张开的环，第六个亚基Orc6形成了一条尾巴。研究显示，亚基组成的复合物形成月牙状，包裹住DNA双链。然后ORC会召集第七种蛋白，也就是Cdc6，绕住DNA。这个环与第二个环相连，微染色体维持蛋白（Cdt1-bound Mcm2-7 hexamer）围绕在DNA周围，完成*个Mcm2-7六聚体的加载。

“这就像是把一条珍珠串在一根绳子上，不过DNA链更长，因此珍珠不会到达末端。相反它们会沿着链以某种方式打开，之后再次关闭，”文章的另外一位通讯作者，伦敦帝国理工学院教授Christian Speck说。

这项研究是通过冷冻电子显微镜（cryo-EM）完成，李教授表示，“我们希望通过描绘这一过程，能zui终将这种知识转化为DNA复制相关的治疗方法，用于包括癌症和罕见病在内的多种疾病的治疗”。

复制起始复合体（ORC）是DNA复制的关键元件，这项研究主要是采用了什么方法剖析了ORC环状结构的一系列组装过程呢？

李教授：我们采用了cryo-EM方法分析了酿酒酵母OCCM（ORC-Cdc6-Cdt1-Mcm2-7）复合物的结构，这个复合物是由ORC-Cdc6通过Cdt1结合的Mcm2-7六聚体捕获结合而形成的。我们利用体外反应方法获得了复合物：在带有复制起始质粒DNA的试管中将纯化组分如ORC，Cdc6，Cdt1和解旋核心复合物Mcm2-7混合在一起。DNA会连接到磁珠上，然后利用磁性将反应产物——OCCM复合物与反应物分离。

这是一项合作成果，我们文安德尔研究所的实验室完成了冷冻电子显微的结构测定，而样本是由伦敦帝国学院的Christian Speck博士实验室准备的。参与这项工作的还包括冷泉港实验室的Bruce Stillman博士实验室，他们完成了一些生物化学研究，另外交联质谱的工作则由爱丁堡大学的Juri Rappsilber博士实验室完成。

研究发现了ORC、Cdc6等组成的14个蛋白组合体结构，这一结构的特点是什么？相比于之前发现的结构具有哪些相同之处和不同之处呢？

李教授：这项工作zui重要的发现是揭示了Mcm2-7如何通过ORC-Cdc6加载到原始DNA上的。整个装载过程是由装载机（ORC-Cdc6）和Mcm2-7中都发现的所谓翼型螺旋结构域（WHD）介导的。ORC-Cdc6中的几个WHD结构在装载过程中是与Mcm2-7的WHD相互锁定的。

我们还以近原子的分辨率获得了与起始DNA结合的ORC-Cdc6的结构，这是OCCM结构的一部分。一直以来科学家们都知道酵母ORC具有识别复制起点某些特殊序列的能力，但ORC如何做到这一点依然是个谜。我们的结构揭示出ORC的一个亚基Orc4具有特殊的插入α-螺旋，这种螺旋可以滑入DNA双链的主槽中，从而令ORC原始序列具有识别能力。在ORC-Cdc6召集Mcm2-7的时候，它处于激活状态。另外一个实验室曾于Nature发表了fly ORC（2015）的晶体结构，那个结构处于非激活状态，因为fly ORC既不能与结合DNA兼容，也不能与负载因子Cdc6兼容。

zui近，冷泉港实验室的Leemor Joshua-Tor实验室在eLife（2017）与我们合作发布了人类的ORC结构。我们的酵母ORC结构与人类ORC结构非常相似。

此外，我们的这项研究还揭开了Cdt1的神秘面纱，Cdt1是一种负载因子，但它在加载过程中的作用一直是一个谜。我们惊讶的发现Cdt1能形成了一个三结构域结构，并且支撑三个Mcm亚基：Mcm2，Mcm4和Mcm6。有趣的是，其中一个Cdt1结构域向上，能清除与ORC-Cdc6相互作用的Mcm2-7的末端。因此我们认为Cdt1能帮助准备Mcm2-7，其准备好与ORC-Cdc6的加载。

此外，能给我们介绍一下您的研究组吗？比如主要的研究方向，近期的研究成果等等。

李教授：多年来，我都在纽约州立大学石溪分校，以及布鲁克海文国家实验室工作，去年8月我将我的实验室搬到了文安德尔研究所。我的研究重要的一环就是低温仪器，文安德尔研究所是一家私人生物医学研究机构，zui近刚建立了低温冷冻电镜设施。

我们实验室致力于真核生物中的DNA复制研究，我们还与其他DNA复制生物学家合作，研究复制叉上的解旋酶功能。关于这个内容，我们zui近也发表了一篇PNAS文章（2017年1月）。