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DNA拓扑异构酶Ⅰ(DNA topoisomeraseⅠ,EC5.99.1.2)是生物细胞存活所必须的基础酶类,属于类型Ⅰ拓扑异构酶。它能够使一条DNA单链通过另一条瞬时断裂的DNA单链,随后连接断裂的DNA,从而实现DNA拓扑结构的相互转化,此过程不需要能量辅因子,如ATP或NAD。但是目前国内外对拓扑异构酶Ⅰ的作用机理的研究还不是很深入。因为该酶进行催化反应的第一步就是与DNA结合,所以我们从对结核分枝杆菌拓扑异构酶Ⅰ(MTB TopoⅠ)与DNA的相互作用的研究为切入点展开了对MTB TopoⅠ的DNA结合机理的研究。通过一系列的实验研究发现:MTBTopoⅠ既能够结合双链DNA,也能够结合单链DNA,为一种单双链结合蛋白；MTBTopoⅠ既能够结合含有强拓扑异构酶结合位点(STS)序列的DNA片段,也能结合不含有STS序列的DNA片段,也就是说MTB TopoⅠ对DNA的结合没有序列特异性。我们通过对各种条件下它与DNA的结合情况的实验研究发现:MTB TopoⅠ结合双链DNA具有瞬时性,耐高温性,且不依赖于镁离子,比较适应于中性偏酸的环境条件等特点。在此基础上我们又对MTB TopoⅠ与大肠杆菌的TopoⅠ、大肠杆菌TopoⅢ与DNA的结合活性进行了比较。结果显示,MTB TopoⅠ较之其他两种类型Ⅰ拓扑异构酶蛋白有更强的DNA结合活性,而且用凝胶排阻电泳法检测到MTB TopoⅠ可以与酵母tRNA结合,从而推测MTB TopoⅠ可能是一种RNA结合蛋白。
本研究结论,均说明该酶具有比较独特的DNA结合性质,有可能在DNA复制、转录以及染色体的浓缩重组等方面起着奇特的不可替代的作用。这些研究结论也将有利于了解MTB TopoⅠ催化DNA拓扑结构改变的作用机制,阐述MTB TopoⅠ的DNA结合机理,从而可以进一步探索生命活动的基本规律和MTB生长的调控机制,为发现有效的新型药物靶标和抗耐药结核分枝杆菌新药的设计和筛选提供新的思路,从而促进对结核病的防治。