???II型DNA拓撲異構酶通過暫時切斷“門片段DNA”（G-DNA），使另一條雙鏈DNA（T-DNA）通過，從而解決復制、轉錄及染色體分離過程中產生的超螺旋與纏結問題，是維持染色體拓撲穩定性不可或缺的酶類。此前研究已部分解析了與G-DNA結合的II型拓撲異構酶結構，但對于T-DNA被酶捕獲和轉運這一關鍵步驟，長期缺乏直接的結構證據。
????日前，中國科學院生物物理研究所研究團隊，解析了II型DNA拓撲異構酶直接結合轉運片段DNA（T-DNA）的冷凍電鏡結構。研究團隊以T4噬菌體II型拓撲異構酶作為研究對象，揭示了這一類酶在催化反應循環中長期缺失的中間結構狀態，對學界理解其完整工作機制具有重要意義。
團隊通過冷凍電鏡技術解析了溶液條件下，T-DNA被穩定捕獲于II型拓撲異構酶中央腔室的三維結構（分辨率約3?）。研究顯示，該構象與傳統的G-DNA結合構象明顯不同，它更接近酶的apo狀態。同時，在電子密度圖中可觀察到松散結合的G-DNA信號，這暗示該構象或發生于G-DNA被切割并重新連接之后。基于該結構證據，團隊提出酶可能沿著已連接但暫未釋放的G-DNA滑動，從而完成高效的連續催化。突變實驗進一步表明，位于C門區域的氨基酸殘基Arg375對T-DNA的轉運具有重要作用，其電荷性質的改變會明顯抑制酶的松弛超螺旋活性。上述發現提示，C門區域或成為未來II型拓撲異構酶抑制劑的重要靶點。
該研究為II型DNA拓撲異構酶的完整催化模型提供了關鍵結構基礎，也為設計針對T-DNA轉運過程的抗感染和抗腫瘤藥物提供了新方向。
相關研究成果發表在《科學進展》（Science Advances）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、中國科學院的支持。