當細胞進行減數分裂時，同源染色體會形成計畫性的DNA雙股斷裂，來進行序列互換，並達成基因多樣性。這種DNA雙股斷裂後，細胞會藉由同源重組(Homologous recombination)的機制，來維持基因序列的完整性。在裂殖酵母中，Dmc1蛋白在減數分裂中參與重組過程，它能在斷裂的DNA上組裝成核蛋白纖維，促使DNA進行股交換反應，進而達到序列完整性。之前，科學家發現Dmc1的股交換反應，需要輔助蛋白(Hop2-Mnd1與Swi5-Sfr1)的協助，才能有效地進行，然而，其刺激的作用機制並不清楚。
為了深入探討Dmc1重組蛋白與兩種輔助蛋白的反應，台大和日本東京工業大學研究團隊，利用生物化學蛋白技術，及台大團隊發展的單分子栓球實驗與單分子螢光能量轉移實驗技術，即時量測了在不同輔助蛋白存在下，Dmc1的動力學性質。研究結果顯示，兩種輔助蛋白會以不同的機制去幫助Dmc1進行同源重組：Hop2-Mnd1會先結合於DNA，協助Dmc1定位於單股/雙股DNA的交界處，並刺激Dmc1的結合速率；Swi5-Sfr1則會有助於防止Dmc1從DNA上解離，使得Dmc1形成更穩定的核蛋白絲。由於作用點不同，同時加入兩種輔助蛋白則會產生加成效應。利用單分子技術，我們成功地了解Hop2-Mnd1與Swi5-Sfr1輔助蛋白是如何以不同的機制刺激Dmc1的核蛋白絲形成。
傳統的生化實驗觀察到樣品的平均行為，但平均的量測也掩蓋了樣品中的分布及反應過程中的細節。透過單分子實驗，我們能夠直接且即時觀察單個分子的反應過程，提供了分子層次上的關鍵信息，有助於更深入地理解生化實驗中觀察到的宏觀現象，進一步解析其分子機制。在這項研究中，我們成功地利用單分子技術的靈敏度和解析度，結合生化實驗的結果，找到了研究的突破口。
本研究的第一作者李微，是台大化學系碩士班的畢業生，也是唯一的學生作者。其他作者包括來自日本東京工業大學的坪內英生教授和岩崎博史教授團隊。這項研究得到了科技部、台大以及日本學術振興會的支持。關於這份研究成果，也可參考日本東京工業大學的詳細報導。
論文全文: 10.1093/nar/gkad561
“Hop2-Mnd1 and Swi5-Sfr1 stimulate Dmc1 filament assembly using distinct mechanisms”, Nucleic Acids Research (2023)
Wei Lee, Hiroshi Iwasaki, Hideo Tsubouchi*, and Hung-Wen Li*
日本東京工業大學報導: https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067190
化學系李弘文教授網頁: https://www.ch.ntu.edu.tw/hwli.html