Structural investigation of human ORC: a key determinant of DNA origin selection

人类 ORC 的结构研究:DNA 起源选择的关键决定因素

基本信息

  • 批准号:
    10057386
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 6.86万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-12-01 至 2021-11-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract Genome replication is an essential event in all forms of life. DNA replication is initiated at specific sites (termed origins of replication) along chromosomes to facilitate appropriate duplication of the genome. In humans, the determinants that regulate the location of DNA replication origin are relatively unresolved. Here we will structurally investigate key determinants that establish origins of replication in humans to define the mechanism of DNA origin selection. The initial factor that establishes the origin of replication is the origin recognition complex (ORC). ORC recruits the protein CDC6 to the DNA origin of replication to form the pre- replicative complex (pre-RC). The complex is essential for replication, considering mutations in ORC genes can lead to deleterious effects, such as Meier-Gorlin Syndrome and cancer resulting from incomplete replication. We will investigate ORC•CDC6•DNA interactions through binding studies, such as electrophoretic mobility shift (EMSA) and Förster resonance energy transfer (FRET) assays. The ORC•CDC6•DNA complex will be further analyzed through cryoelectron microscopy (cryo-EM) techniques. Studies have shown ORC and CDC6 are recruited to established locations along variably structured chromatin. The chromatin regions of active transcription consist of histone complexes, called nucleosomes, positioned intermittently along DNA and these nucleosomes influence ORC establishment and therefore replication origin selection. The histone subunits undergo many posttranslational modifications that influence ORC binding to the complex. We will structurally investigate pre-RC•nucleosome interactions through advanced cryo-EM methods to define the first step in genome replication. The pre-RC and nucleosome reconstitution will be optimized to generate stable and homogenous samples. Modern fluorescent labelling-approaches will be developed to analyze the binding properties of the complexes. Posttranslational modifications, such as phosphorylation and methylation, will be addressed to determine the influence on ORC and nucleosome recognition. The results from the structural and binding studies will support development of a ChIP-Seq assay to map out the ORC and replication origin genome location. An in depth understanding of ORC•CDC6•nucleosome interactions are key to unraveling the mechanism of DNA origin selection and will provide insight for the design of pharmaceutical compounds that reverse the effects of incomplete replication. My long-term goal is to become the principal investigator of an independent research laboratory that conducts high impact studies on the structural biology of DNA replication and chromatin regulation. The NIH F32 fellowship will provide immense learning and research support towards this goal. In addition, the Cold Spring Harbor Laboratory harbors national meetings (ex: Eukaryotic DNA Replication & Genome Maintenance), courses (ex: Cryoelectron Microscopy, March), and workshops (Leadership) that are exceptional for my scientific development.
抽象的 基因组复制是所有生命形式中的一个重要事件,DNA 复制是在特定位点启动的(称为DNA 复制)。 复制起点)沿着染色体,以促进基因组的适当复制。 调节 DNA 复制起点位置的决定因素相对尚未解决。 从结构上研究建立人类复制起点的关键决定因素,以定义 DNA起点选择机制 建立复制起点的最初因素是起点。 识别复合体 (ORC) 将蛋白质 CDC6 募集到 DNA 复制起点以形成预复制体。 考虑到 ORC 基因的突变,复制复合体(pre-RC)对于复制至关重要。 可能导致有害影响,例如迈尔戈林综合症和不完全导致的癌症 我们将通过结合研究(例如电泳)来研究 ORC•CDC6•DNA 相互作用。 迁移率变化 (EMSA) 和福斯特共振能量转移 (FRET) 测定 ORC•CDC6•DNA 复合物。 将通过冷冻电子显微镜 (cryo-EM) 技术进行进一步分析 研究表明 ORC 和 CDC6 被招募到沿着可变结构染色质的染色质区域的既定位置。 主动转录由组蛋白复合物(称为核小体)组成,沿着 DNA 间歇性定位, 这些核小体影响 ORC 的建立,从而影响复制起点的选择。 亚基经历许多翻译后修饰,影响 ORC 与复合物的结合。 通过先进的冷冻电镜方法对预 RC·核小体相互作用进行结构研究,以确定第一个 基因组复制中的步骤将被优化以产生稳定的预 RC 和核小体重建。 将开发现代荧光标记方法来分析结合。 复合物的翻译后修饰,例如磷酸化和甲基化,将被改变。 旨在确定对 ORC 和核小体识别的影响。 结合研究将支持 ChIP-Seq 测定的开发,以绘制 ORC 和复制起点 深入了解 ORC•CDC6•核小体相互作用是解开谜团的关键。 DNA 起源选择机制,并将为药物化合物的设计提供见解 扭转不完全复制的影响我的长期目标是成为一个项目的首席研究员。 对 DNA 复制的结构生物学进行高影响力研究的独立研究实验室 NIH F32 奖学金将为我们提供巨大的学习和研究支持。 此外,冷泉港实验室还举办国家会议(例如:真核 DNA)。 复制和基因组维护)、课程(例如:冷冻电子显微镜,三月)和研讨会 (领导力)对我的科学发展非常重要。

项目成果

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