诺得主 PNAS 文章公布最新测序技术:重新定义 DNA 修复

  我们身体细胞内的 DNA 每日都会由于各种原因而受损,因此可以说细胞间 DNA 修复系统是维持生命的基础,但是对于这个基础机制科学家们并没有完全弄明白。近期来自北卡罗来纳州大学山分校的研究人员利用先进的测序技术,分析了这些修复系统中的关键细节,发现了核苷酸切除修复的奥秘。

  这一研究公布在 2 月 6 日的 PNAS 上,文章的通讯作者之一是 2015 年诺贝尔化学得主之一 Aziz Sancar 教授,Sancar 教授生于土耳其萨武尔,主要从事 DNA 修复、细胞周期检查点、生物钟方面的研究。他获得诺贝尔的原因也就是 DNA 修复研究:他曾花费大量时间分析光解和光激活的机制,对这些机制的探索已有近 20 年时间,直接观察到了光解酶修复胸腺嘧啶二聚体的过程。

  为了研究细胞中的切除修复,Sancar 等人研发出了一种新技术:XR-seq,XR-seq 能帮助研究人员分离和测序切除修复过程中从基因组剪切下来的小片段加合物损伤(adduct-damaged)DNA。了解俄这些 DNA 片段的序列,将有助于更精确的定位它们在基因组中的。

  采用这种方法,研究人员于 2015 年首次构建出了人类基因组的 UV 修复图,并于 2016 年生成了抗癌顺铂药物对整个人类基因组的损伤和修复图谱。现在他们又利用 XR-seq 技术回答了关于大肠杆菌中损伤修复的一些基础性问题,这将有助于研发新型抗生素药物。

  在这项研究中,研究人员发现一种蛋白:Mfd 在细菌的切除修复中扮演了独特的重要作用。

  文章作者之一 Christopher P. Selby 博士表示,“我认为 Mfd 是大肠杆菌中最有趣的蛋白”。因为当一个细菌基因的 DNA 被成 RNA,机制会被卡在一个庞大的加合物上,此时 Mfd 就会出现,招募其它修复蛋白,修复 DNA 损伤部分。这种由 Mfd 引导的过程被称为偶联修复(transcription-coupled repair,生物通译),这种修复在活性的 DNA 链上具有更高的修复速率。

  研究人员利用 XR-seq 方法来分析大肠杆菌细菌细胞中 UV 的损伤,发现了正常细胞中偶联修复的明确,但在缺失 Mfd 的细胞中无法进行这种修复,这了 Mfd 的这一过程中的关键作用。

  在进一步的实验中,研究人员又发现另外一个切除修复蛋白:UvrD 在大肠杆菌中帮助清除受损 DNA 切除片段的新作用。

  如果缺失 UvrD,切下的 DNA 片段就会仍然与染色体 DNA 结合,使得细胞废物处理酶难以将其切碎降解。同时切除该链的修复蛋白也会绑定在,接着切除受损 DNA 的其它位点。UvrD 的工作就是从染色体 DNA 中解开这些损坏和丢弃的 DNA 片段,以便可以快速进入下一步处理,相关的修复蛋白也可以继续进行新一轮的修复。

  下一步研究人员计划在细菌细胞,人类和其他哺乳动物细胞中利用 XR-seq 技术解析切除修复的详细过程。

  主办单位:中国科学院生命科学与生物技术局 中国生物工程学会 中国科学院微生物研究所

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