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タイトルStructural dynamics of DNA unwinding by a replicative helicase.
ジャーナル・号・ページNature, Year 2025
掲載日2025年3月19日
著者Taha Shahid / Ammar U Danazumi / Muhammad Tehseen / Lubna Alhudhali / Alice R Clark / Christos G Savva / Samir M Hamdan / Alfredo De Biasio /
PubMed 要旨Hexameric helicases are nucleotide-driven molecular machines that unwind DNA to initiate replication across all domains of life. Despite decades of intensive study, several critical aspects of their ...Hexameric helicases are nucleotide-driven molecular machines that unwind DNA to initiate replication across all domains of life. Despite decades of intensive study, several critical aspects of their function remain unresolved: the site and mechanism of DNA strand separation, the mechanics of unwinding propagation, and the dynamic relationship between nucleotide hydrolysis and DNA movement. Here, using cryo-electron microscopy (cryo-EM), we show that the simian virus 40 large tumour antigen (LTag) helicase assembles in the form of head-to-head hexamers at replication origins, melting DNA at two symmetrically positioned sites to establish bidirectional replication forks. Through continuous heterogeneity analysis, we characterize the conformational landscape of LTag on forked DNA under catalytic conditions, demonstrating coordinated motions that drive DNA translocation and unwinding. We show that the helicase pulls the tracking strand through DNA-binding loops lining the central channel, while directing the non-tracking strand out of the rear, in a cyclic process. ATP hydrolysis functions as an 'entropy switch', removing blocks to translocation rather than directly powering DNA movement. Our structures show the allosteric couplings between nucleotide turnover and subunit motions that enable DNA unwinding while maintaining dedicated exit paths for the separated strands. These findings provide a comprehensive model for replication fork establishment and progression that extends from viral to eukaryotic systems. More broadly, they introduce fundamental principles of the mechanism by which ATP-dependent enzymes achieve efficient mechanical work through entropy-driven allostery.
リンクNature / PubMed:40108462
手法EM (単粒子)
解像度3.0 - 3.7 Å
構造データ

EMDB-50002, PDB-9evh:
SV40 large T antigen assembly with DNA in presence of ADP
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.38 Å

EMDB-50010, PDB-9evp:
SV40 LTAg assembly with DNA in presence of AMPPNP and Mg2+.
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.12 Å

EMDB-50036, PDB-9exd:
SV40 LTAg assembly in presence of ATP.
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.4 Å

EMDB-50179, PDB-9f3t:
Active SV40 LTAg complex with DNA (3D variability component_000, frame_010).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

EMDB-50180, PDB-9f3u:
Active SV40 LTAg complex with DNA (3D variability component_001, frame_010).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

EMDB-50190, PDB-9f5i:
Active SV40 LTAg complex with DNA (3D variability component_000, frame_005).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

EMDB-50244, PDB-9f73:
Active SV40 LTAg complex with DNA (3D variability component_002, frame_015).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

EMDB-50245, PDB-9f74:
Active SV40 LTAg complex with DNA (3D variability component_000, frame_015).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

EMDB-50246, PDB-9f75:
Active SV40 LTAg complex with DNA (3D variability component_000, frame_019).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

EMDB-50250, PDB-9f7n:
Active SV40 LTAg complex with DNA (3D variability component_000, frame_000).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

EMDB-50256, PDB-9f9n:
Active SV40 LTAg complex with DNA (3D variability component_001, frame_005).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

EMDB-50257, PDB-9f9o:
Active SV40 LTAg complex with DNA (3D variability component_001, frame_015).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

EMDB-50261, PDB-9f9w:
Active SV40 LTAg complex with DNA (3D variability component_001, frame_019).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

EMDB-50262, PDB-9f9x:
Active SV40 LTAg complex with DNA (3D variability component_001, frame_000).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

EMDB-50264, PDB-9fa1:
Active SV40 LTAg complex with DNA (3D variability component_002, frame_010).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

EMDB-50265, PDB-9fa2:
Active SV40 LTAg complex with DNA (3D variability component_002, frame_005).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

EMDB-50286, PDB-9fb0:
Active SV40 LTAg complex with DNA (3D variability component_002, frame_019).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

EMDB-50287, PDB-9fb4:
SV40 large T antigen assembly with DNA in presence of ATP.
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.13 Å

EMDB-50288, PDB-9fb5:
Active SV40 LTAg complex with DNA (3D variability component_002, frame_000).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

EMDB-50289, PDB-9fb6:
SV40 large T antigen assembly with DNA in presence of ATP.
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.13 Å

EMDB-50290: Active SV40 LTAg complex with DNA (Consensus reconstruction).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

EMDB-52108: SV40 LTAg complex with ADP and DNA (3D variability component_000, frame_000).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.4 Å

EMDB-52109: SV40 LTAg complex with ADP and DNA (3D variability component_000, frame_019).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.4 Å

EMDB-52110: SV40 LTAg complex with ADP and DNA (3D variability component_001, frame_000).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.4 Å

EMDB-52111: SV40 LTAg complex with ADP and DNA (3D variability component_001, frame_019).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.4 Å

EMDB-52112: SV40 LTAg complex with ADP and DNA (3D variability component_002, frame_000).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.4 Å

EMDB-52113: SV40 LTAg complex with ADP and DNA (3D variability component_002, frame_019).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.4 Å

EMDB-52176: SV40 large T antigen assembly with DNA in presence of ATP (3D variability component_000, frame_019).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.13 Å

EMDB-52180: SV40 large T antigen assembly with DNA in presence of ATP (3D variability component_000, frame_000).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.13 Å

EMDB-52181: SV40 large T antigen assembly with DNA in presence of ATP (3D variability component_001, frame_019).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.13 Å

EMDB-52182: SV40 large T antigen assembly with DNA in presence of ATP (3D variability component_001, frame_000).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.13 Å

EMDB-52183: SV40 large T antigen assembly with DNA in presence of ATP (3D variability component_002, frame_000).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.13 Å

EMDB-52184: SV40 large T antigen assembly with DNA in presence of ATP (3D variability component_002, frame_019).
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.13 Å

EMDB-62206, PDB-9kae:
CryoEM structure of LTag bound to SV40 EP half origin DNA
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.1 Å

EMDB-62209, PDB-9kak:
CryoEM structure of LTag bound to SV40 AT half origin DNA
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.1 Å

EMDB-62502: CryoEM structure of SV40 LTag bound to SV40 origin DNA
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.7 Å

化合物

ChemComp-ADP:
ADENOSINE-5'-DIPHOSPHATE / ADP / ADP, エネルギー貯蔵分子*YM

ChemComp-ANP:
PHOSPHOAMINOPHOSPHONIC ACID-ADENYLATE ESTER / AMP-PNP / AMP-PNP, エネルギー貯蔵分子類似体*YM

ChemComp-MG:
Unknown entry / マグネシウムジカチオン

ChemComp-ATP:
ADENOSINE-5'-TRIPHOSPHATE / ATP / ATP, エネルギー貯蔵分子*YM

由来
  • betapolyomavirus macacae (ウイルス)
  • synthetic construct (人工物)
キーワードDNA BINDING PROTEIN / AAA+ superfamily Helicase Substrate translocation DNA unwinding / AAA+ superfamily; Helicase; Substrate translocation; DNA unwinding; DNA BINDING PROTEIN / TRANSLOCASE / Helicase / ATPase / EP half origin / AMP-PNP / DNA replication / AT half origin

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万見文献について

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お知らせ

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2022年2月9日: EMDBエントリの付随情報ファイルのフォーマットが新しくなりました

EMDBエントリの付随情報ファイルのフォーマットが新しくなりました

  • EMDBのヘッダファイルのバージョン3が、公式のフォーマットとなりました。
  • これまでは公式だったバージョン1.9は、アーカイブから削除されます。

関連情報:EMDBヘッダ

外部リンク:wwPDBはEMDBデータモデルのバージョン3へ移行します

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2020年8月12日: 新型コロナ情報

新型コロナ情報

URL: https://pdbj.org/emnavi/covid19.php

新ページ: EM Navigatorに新型コロナウイルスの特設ページを開設しました。

関連情報:Covid-19情報 / 2020年3月5日: 新型コロナウイルスの構造データ

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2020年3月5日: 新型コロナウイルスの構造データ

新型コロナウイルスの構造データ

関連情報:万見生物種 / 2020年8月12日: 新型コロナ情報

外部リンク:COVID-19特集ページ - PDBj / 今月の分子2020年2月:コロナウイルスプロテーアーゼ

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2019年1月31日: EMDBのIDの桁数の変更

EMDBのIDの桁数の変更

  • EMDBエントリに付与されているアクセスコード(EMDB-ID)は4桁の数字(例、EMD-1234)でしたが、間もなく枯渇します。これまでの4桁のID番号は4桁のまま変更されませんが、4桁の数字を使い切った後に発行されるIDは5桁以上の数字(例、EMD-12345)になります。5桁のIDは2019年の春頃から発行される見通しです。
  • EM Navigator/万見では、接頭語「EMD-」は省略されています。

関連情報:Q: 「EMD」とは何ですか? / 万見/EM NavigatorにおけるID/アクセスコードの表記

外部リンク:EMDB Accession Codes are Changing Soon! / PDBjへお問い合わせ

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2017年7月12日: PDB大規模アップデート

PDB大規模アップデート

  • 新バージョンのPDBx/mmCIF辞書形式に基づくデータがリリースされました。
  • 今回の更新はバージョン番号が4から5になる大規模なもので、全エントリデータの書き換えが行われる「Remediation」というアップデートに該当します。
  • このバージョンアップで、電子顕微鏡の実験手法に関する多くの項目の書式が改定されました(例:em_softwareなど)。
  • EM NavigatorとYorodumiでも、この改定に基づいた表示内容になります。

外部リンク:wwPDB Remediation / OneDepデータ基準に準拠した、より強化された内容のモデル構造ファイルが、PDBアーカイブで公開されました。

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万見文献

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  • EMDB/PDB/SASBDBのエントリから引用されている文献のデータベースです
  • Pubmedのデータを利用しています

関連情報:EMDB / PDB / SASBDB / 万見 (Yorodumi) / EMN文献 / 新しいEM Navigatorと万見の変更点

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