2025年6月24日,华中科技大学生命科学与技术学院朱斌教授团队在《Nucleic Acids Research》发表研究论文 “A Four-in-One Replicase Integrating Key Enzymatic Activities For DNA Replication”，报道了已知唯一同时具有DNA解旋酶、引发酶、矫正外切酶与聚合酶四种DNA复制关键功能的单一DNA复制酶。

论文链接：https://academic.oup.com/nar/article-abstract/doi/10.1093/nar/gkaf542/8171868?utm_source=advanceaccess&utm_campaign=nar&utm_medium=email

DOI:  https://doi.org/10.1093/nar/gkaf542

图1 GP55的结构与其高效的DNA从头合成能力

DNA复制是遗传信息传递的关键步骤，需要多种酶功能的精密配合，其中DNA解旋酶（helicase）负责DNA双链的打开以暴露复制模版，引发酶（primase）负责从头合成寡聚核苷酸引物，DNA聚合酶（polymerase）以引发酶提供的引物和解旋酶提供的DNA模版进行DNA复制，而矫正外切酶（exonuclease）可以水解去除DNA聚合酶错误掺入的核苷酸以确保复制精确度。一般来说，这些DNA复制核心功能由不同的酶来执行以便进行精确的时空调控，但在某些情况下不同酶功能可能汇集于同一蛋白质以提高效率，例如有些DNA聚合酶同时具有矫正外切酶功能，某些噬菌体蛋白质同时具有解旋酶与引发酶功能，真核古菌引发酶（AEP）兼具引发酶与DNA聚合酶功能等，但从未有已知单一蛋白质同时具有这四种核心酶功能。

通过细致的生物化学与酶学研究，朱斌团队发现来自一种与人类相关的噬菌体的未知功能蛋白质GP55同时具有典型的DNA解旋酶、引发酶、矫正外切酶与聚合酶四种功能（图1），其DNA解旋酶结构域通过水解dTTP或UTP提供能量解开DNA双链；其引发酶结构域通过一个独特的aHD结构域偏好识别一些短DNA序列以GTP开始合成RNA引物；当引物长度达到4个核苷酸时DNA聚合酶结构域接收引物开始DNA复制；而矫正外切酶在复制期间开展纠错。这四个功能的配合使得GP55在只提供单一GTP和四种dNTP的条件下高效复制长达6000核苷酸以上的单链环状M13 ssDNA，同时展现出依赖解旋酶的链置换滚环合成能力产生超长的DNA产物。

GP55的全面功能及紧凑的结构使其成为研究DNA复制机理及调控的理想模型，其高效准确的DNA从头合成功能使其在DNA扩增和测序中具有应用潜力，研究团队将在此发现基础上进行深入机制研究和应用开发。

华中科技大学生命科学与技术学院博士研究生张雨欣为论文第一作者，华中科技大学为论文第一单位，朱斌教授与博士后黄锋涛为通讯作者。本研究受到国家自然科学基金原创探索项目、生物医学峰基金、深圳市基础研究重点项目等支持。