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在真核生物中，DNA复制起始需要组装和激活小染色体维持(MCM) 2-7双六聚体(DH)来融化起始DNA链。然而，这种初始“熔化”的机制尚不清楚。
2023年1月5日，香港大学翟元梁、香港科技大学党尚宇、戴碧瓘及法国居里研究所陈春龙共同通讯（香港大学为第一单位）在Cell在线发表题为“The human pre-replication complex is an open complex”的研究论文，该研究表明人类的复制前复合物是一种开放的复合物。该研究报道了人类MCM-DH (hMCM-DH)的2.59-Å冷冻电镜结构，也称为复制前复合物。
在这种结构中，具有狭窄中心通道的hMCM-DH解开并拉伸DNA链，以至于近半圈的结合双工DNA被扭曲，1个碱基对完全分离，在六聚体结处产生初始开放结构(IOS)。干扰IOS会抑制DH的形成和复制启动。hMCM-DH足迹的绘制表明，IOSs以大簇的形式分布在整个基因组中，与随机起源激发的起始区很好地对齐。这项工作揭示了一种内在机制，将DH的形成与初始DNA融化结合起来，以许可人类细胞中的复制启动。
真核生物的复制许可始于起源识别复合物(ORC)以依赖于ATP的方式将两个小染色体维持(MCM) 2-7复合物募集到双工DNA上。这两个六聚体MCM环一次装载一个到头对头的双六聚体(DH)构型中，形成预复制复合物(preRC)。一旦获得许可，MCM-DH被转化为两个CDC45-MCM2-7-GINS (CMG)解旋酶，它们被进一步组装成从复制起点双向复制DNA的复制体。双向分叉形成的定义步骤是两个起始DNA链的融化和随后的分离，以及两个CMG解旋酶的解耦，然后沿着相互交叉的单个DNA链作为复制体的核心进行转移。
在过去的几年里，大量的努力已经阐明了由MCM-DH结合的原始DNA初始融化的结构基础。为酵母MCM-DH (yMCM-DH)确定的第一个高分辨率结构表明，两个六聚体的界面被扭曲、倾斜和偏移，以扭结的形式形成一个狭窄的中央通道，这可能导致在六聚体结处捕获的DNA变形。不幸的是，在这个内源制备的样品中捕获的DNA是不稳定的，这与yMCM-DH能够从DNA上脱落的事实相一致。随后，yMCM-DH与纯化蛋白质重组的DNA结合的冷冻电镜(cryo-EM)结构显示，双链DNA完美地配对，没有任何DNA融化的迹象。酵母CMG解旋酶的结构进一步表明，CMG解旋酶利用其MCM环的氨基末端层作为前端，沿着前导链模板进行转运，从而展开DNA。
这些结构分析支持这样一个模型：MCM-DH结合的原始DNA被融化，然后在解旋酶激活过程中分离成两个活化的CMG解旋酶。这一模型后来被体外重组酵母系统的生化和结构分析证实，只有在CMG组装后，MCM腔内才能检测到DNA解旋。尽管取得了这些进展，但对于起始DNA开放何时何地开始以及MCM-DH如何促进这一过程以促进复制启动，人们仍然知之甚少。
解旋酶激活过程中DNA融化和链分离的模型（图源自Cell）
人类MCM-DH (hMCM-DH)的复制起源许可在其他脊椎动物的研究中也有涉及。事实上，对人类启动复制的分子机制的大部分假定知识都是从对酵母和其他后生动物的研究中推断出来的。除了在人类中起始选择和MCM负载被精心调节之外，MCM在复制起始中的作用可能在所有真核生物中都是保守的。最近对人类CMG解旋酶和复合物的结构研究表明，复制解旋酶的结构在酵母、果蝇和人类中是保守的。然而，为了促进对与DNA复制相关的人类疾病的理解，需要对DNA结合的hMCM-DH结构进行详细的分析。此外，直接比较来自人类和酵母的功能保守的pre-RCs的独立进化结构将为初始链分离机制提供有价值的见解。
在该研究中首次展示了hMCM-DH的高分辨率结构和足迹。它为初始DNA融化机制提供了重要信息，并为pre-RC形成、解旋酶激活和双向复制体组装机制提供了有价值的见解。同样重要的是，它为研究在MCM基因中有突变的人类疾病提供了一个结构框架。
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)01521-5
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