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Science:DNA斷鏈如何保存基因組完整性?

日期:2015-08-20 08:47:00

 為了復制和修復目的的基因組編輯,是通過內切酶來操作的,它能在非常特異的位點切割DNA鏈。這些位點被稱為“制性位點”,是由核苷酸的回文序列組成。斷裂DNA叉的修復還沒有得到完全理解;此外,科學家想確定斷裂誘導的復制(BIR)——一種基因組重排修復機制,如何避免基因組不穩定性。

 

雙鏈斷裂對于細胞來說,是特別危險的,因為它們可能會導致基因組重排。研究真核細胞DNA的科學家們,在本周的《Science》發表的一項研究,發現了有力的實驗證據表明,引起雙鏈斷裂的一種內切酶(稱為Mus81),可抑制與基因組不穩定性相關的模板轉換。這一研究與人類遺傳學研究有關,因為人類DNA具有一個類似的途徑。

 

BIR是一個高度致突變的過程,由于許多原因,據認為它特別容易發生模板轉換。為了確定在BIR事件過程中Mus81核酸內切酶在抑制突變中的作用,研究人員培育出一個特定真核細胞的Mus81敲除變體,并誘導雙鏈DNA斷裂。

 

我們已經知道,在復制的背景之外,Mus81對于鏈修復并不是必要的。它的作用是結構特異性的,將一種稱為置換環(D-loop)的DNA結構,轉換成一條復制鏈。然而,與以前在酵母中的觀察一致的是,研究人員發現,去除Mus81可導致斷裂復制叉的戲劇性缺陷。

 

作者指出,一半以上的人類基因組是由散置的重復序列組成,而且Alu重復序列是最豐富的。Alu經常存在于斷裂點,并在疾病相關的復雜基因組重排中。研究人員插入一對Alu,已知它們可調解與疾病相關的缺失。在Mus81基因敲除的細胞中,研究人員觀察到,突變率比野生型對照組高83倍,從而強調了Mus81對于抑制高度分化的模板之間轉換的作用。

 

此外,誘變性受到會聚復制叉的限制。在復制過程中,當解旋酶打斷連接兩條DNA鏈的紐帶時,就形成一種復制叉結構。結果產生兩個分支成為復制鏈的模板。在一個斷裂復制叉的情況下,Mus81內切酶會抑制可能發生的模板轉換。作者寫道:“我們表明,斷裂復制叉修復的保真度,取決于兩種部分代償的機制,Mus81引起的斷裂和會聚復制叉的到來。會聚復制叉限制了重建功能齊全的復制叉的需要,從而說明真核細胞染色體多源性的一個優勢。”

 

作者認為,Mus81或會聚DNA復制叉的及時性發生缺陷,可能會引起對其他重組DNA和修復機制的依賴性,引起使癌細胞更具適應性的基因突變,從而促進腫瘤的進展。

 


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