解析DNA修復機制：單分子研究揭示輔助蛋白如何調控RAD51絲狀體的組裝

臺灣大學化學系教授李弘文與生化科學所教授冀宏源所領導的跨領域團隊，近期在國際權威期刊 Nucleic Acids Research 發表研究成果，深入解析細胞中DNA雙股斷裂修復過程中的關鍵步驟—RAD51蛋白於DNA上組裝成絲狀體(filament)的機制，並揭示輔助蛋白如何精確調控此一過程。該研究結合生物物理與生化的技術與觀點，展現當代科學中物理化學與生命科學整合以探究複雜細胞機制的嶄新趨勢。

在探討蛋白質於DNA上組裝的動態過程時，最大挑戰之一在於辨識其進行延伸的「功能性單元」。過去如冷凍電子顯微鏡等方法雖可提供RAD51聚集體的靜態結構資訊，卻無法揭示其在DNA組裝過程中具功能性的最小單位。此次研究突破此限制，透過單分子力學平台，成功即時觀察並量測RAD51於DNA上逐步組裝的行為，具體定義其功能性組裝單元及調控機制。

為實現此目標，研究團隊建立一套具奈米解析度的「光學鑷子」(optical tweezers)系統。該技術利用高度聚焦的雷射光束捕捉並施力於與DNA分子相連的微米級微珠，進而控制DNA的張力。在此裝置中，一端固定的DNA分子受到恆定拉力；當RAD51蛋白逐步結合至DNA並形成絲狀體時，會使DNA整體長度增加。藉由回饋控制系統，即可即時偵測奈米級的長度變化，相當於一根頭髮寬度的十萬分之一，進而「看見」每一個蛋白結合事件。

利用此技術，研究團隊首度量化RAD51絲狀體的逐步組裝過程，並觀察其受到輔助蛋白調控的變化。實驗發現，在無輔助蛋白的情況下，RAD51主要以八聚體(octamer)形式延伸，而加入SWI5-SFR1輔助蛋白後，延伸單位轉變為四聚體(tetramer)。此結果顯示SWI5-SFR1在溶液中改變了RAD51的寡聚狀態，並顯著降低其自DNA解離的機率，促進更穩定且一致的絲狀體組裝。

這項研究具體揭示輔助蛋白如何調控RAD51的組裝動力學，確保DNA修復過程的高效率與準確性，對維持基因體穩定性具有關鍵意義。從單分子層次深入觀察RAD51的行為，為理解DNA同源重組與修復的分子機制提供了新視角，也為癌症生物學、基因編輯等相關領域帶來潛在啟發。

研究成果突顯跨領域合作的重要價值，結合先進的單分子生物物理平台與頂尖的生化技術，為基礎生命科學研究開拓新局。研究團隊亦特別感謝國科會與臺灣大學的長期支持，使得單分子螢光與力學顯微平台得以建立，進而推動這項研究成功完成。

研究成果全文：https://doi.org/10.1093/nar/gkaf676
生化科學所教授冀宏源實驗室：https://chi-lab.webflow.io/
化學系教授李弘文實驗室：https://www.ch.ntu.edu.tw/hwli.html