生物体的遗传“密码”DNA会经常发生断裂，进而导致基因组的不稳定甚至是细胞变异和生物体病变。所幸，细胞自身完备的修复系统会及时对断裂的“伤口”进行修复，然而，如果这套DNA损伤修复系统失调，将可能导致包括肿瘤和免疫缺陷疾病在内的多种疾病发生。
DNA依赖的蛋白激酶复合物（DNA-PK）是DNA损伤修复系统的关键蛋白复合物，在非同源末端连接（NHEJ）发挥着重要作用。我院徐彦辉教授课题组利用冷冻电镜单颗粒重构方法，解析了6.6埃分辨率的复合物结构，阐明了DNA-PK复合物组装、活性调控和DNA末端保护的分子机制。一举改变了当前学界对DNA-PK复合体的结构研究进展缓慢，进而阻碍对DNA损伤修复系统工作机制充分理解的现状。该项研究成果于8月25日在线发表在《Cell Research》杂志。
在该项研究中，来自徐彦辉教授课题组的研究人员先后解决了复合物样本制备、冷冻条件优化、优势取向和模型搭建等技术难题，成功获得了DNA-PK复合物的6.6埃分辨率的结构模型。
据悉，DNA-PK复合物含有四个组分：催化亚基DNA-PKcs、DNA结合蛋白KU70、KU80以及DNA，组成为660KDa的全酶复合物。通过结构和生化水平的分析，研究人员发现KU70/80可以诱导DNA-PKcs发生构象变化，使得酶活性区域的“口袋”张开，极大增强其激酶活性。KU80与DNA-PKcs通过形成一个类似“门栓”的结构保护DNA末端，使其不能够被其他蛋白酶降解。这项研究工作对DNA-PK的结构和功能研究有重要的推动作用，为后续深入研究DNA损伤修复机制奠定了基础。
该项工作由我院徐彦辉课教授题组与清华大学王佳伟课题组合作完成，博士生阴晓彤和刘梦杰为共同第一作者。徐彦辉教授为通讯作者，现为我院研究员、复旦大学生物医学研究院兼职教授。该项工作得到了科技部重点研发计划（2016YFA0500700）、中科院先导专项（XDB08000000）、国家自然科学基金（U1432242, 31425008，91419301）的支持。尤其要感谢国家蛋白质设施（上海），中科院生物物理所和清华大学三家单位的电镜平台的支持。