细胞已经进化出精密的检查机制，以确保DNA只被复制一次，但它们如何在正确的时机开启复制，一直是困扰了科学界30年的研究焦点。弗朗西斯·克里克研究所的新研究捕捉到了这个缺失的环节。
在细胞分裂过程中，DNA必须只复制一次，以便染色体在复制并传递给下一代的过程中保持物理上的稳定。细胞已经进化出安全机制，防止DNA复制出现差错，这对于避免癌症至关重要。
“其中一道防线就是复制解旋酶，这种酶负责解开DNA双螺旋，让两条链暴露出来以便复制，”领导克里克大分子机器实验室的亚历山德罗·科斯塔说。“把解旋酶装载到DNA上和它的激活分成两步，就能防止DNA在错误的位置或错误的时间被解开。”
Costa和他实验室的同事们对复制解旋酶如何在合适的时机被激活很感兴趣。他将自己的工作描述为制作DNA复制的“分子电影”，一步一步地呈现。直到现在，这部电影还缺了一个关键的帧。
缺失的帧
30年来，生物化学和遗传学研究暗示着一种“预起始复合体”的存在，它是组装活性复制解旋酶所需要的全部工具。但没有人真正从细胞里的其他蛋白质中分离出这种复合体，更不用说描述它的样子了。
“我们知道有三种激活蛋白附着在复制解旋酶上，并将其分成两台分子机器，分别复制DNA两条链中的各一条，”Costa说。“但我们不知道这两台分子机器在物理结构上是怎么组装起来的。”
今天发表在《自然》杂志上的研究显示，科斯塔实验室的研究员托马斯·普林格在其博士研究期间终结了这个困扰了30年的难题，在试管中成功重现了酵母蛋白组装的每一个步骤。为此，他使用了一套生化系统，这套系统最初由科斯塔的合作者约翰·迪夫利及其在克里克研究所的团队开发。
随后，普林格利用一种名为冷冻电子显微镜的强大成像技术，首次解析了预起始复合物的结构。“这难度非常大，因为这个复合物存在的时间转瞬即逝，”他说。
基于人工智能的工具AlphaFold随后帮助他们通过识别复合物中最灵活的部分来补全缺失的信息，因为这些部分是以较低分辨率解析的。
“在这个案例中，顿悟时刻是生物化学和成像实验让我们知道该向人工智能提出哪些‘正确’的问题，这有助于我们理解每个亚基如何相互作用，从而让蛋白质复合体保持在一起，”科斯塔说。“这花了我们五年时间：如果没有人工智能来补充实验工作，那花的时间可就长多了。”
有了这个新画面，团队能够识别所谓“触发因子”在预起始复合体中的功能，这些蛋白质能帮助启动复制酶。
“我们发现，一些触发因子发挥的作用和遗传实验预期的一样，”普林格补充道。“但其他一些则具有意想不到的双重角色，例如有一个因子一开始能把所有工具聚到一起，但后来还能帮忙把两条DNA链分开。”
他继续说道：“这解开了该领域的一个未解之谜。人类DNA复制中存在一种启动因子，这种因子在酵母中也有发现，但此前被认为已经演化出了不同的功能。但我们的研究表明并不是这样，这说明酵母和人类启动DNA复制用的是相似的策略。”
下一个重大问题
如今他们已经捕捉到了酵母DNA复制中缺失的那一帧，科斯塔说，该领域的下一个挑战就是重现同一部电影，只不过对象换成了动物或人类等多细胞生物——相当于原片的一部更精彩的续集。这将帮助我们进一步理解DNA复制中的缺陷是如何导致癌症的。
他总结道：“随着克里克研究所以及其他机构的科学家之间强有力的合作，以及成像技术和人工智能越来越强大，我认为用不了多久，我们就能理解多细胞生物是怎么开始复制染色体的。”
更多详情：Thomas Pühringer 等，预起始复合物的结构揭示了 CMGE 的形成机制，Nature（2026）。DOI: 10.1038/s41586-026-10657-7
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