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諾獎得主PNAS文章公布最新測序技術(shù):重新定義DNA修復(fù)

日期:2017-02-09 09:14:37

 我們身體細(xì)胞內(nèi)的DNA每日都會由于各種原因而受損,因此可以說細(xì)胞間DNA修復(fù)系統(tǒng)是維持生命的基礎(chǔ),但是對于這個基礎(chǔ)機(jī)制科學(xué)家們并沒有完全弄明白。近期來自北卡羅來納州大學(xué)教堂山分校的研究人員利用先進(jìn)的測序技術(shù),分析澄清了這些修復(fù)系統(tǒng)中的關(guān)鍵分子細(xì)節(jié),發(fā)現(xiàn)了核苷酸切除修復(fù)的奧秘。

 

這一研究成果公布在26日的PNAS雜志上,文章的通訊作者之一是2015年諾貝爾化學(xué)獎得主之一Aziz Sancar教授,Sancar教授生于土耳其薩武爾,主要從事DNA修復(fù)、細(xì)胞周期檢查點、生物鐘方面的研究。他獲得諾貝爾獎的原因也就是DNA修復(fù)研究:他曾花費大量時間分析光解和光激活的機(jī)制,對這些機(jī)制的探索已有近20年時間,直接觀察到了光解酶修復(fù)胸腺嘧啶二聚體的過程。

 

為了研究細(xì)胞中的切除修復(fù),Sancar等人研發(fā)出了一種新技術(shù):XR-seqXR-seq能幫助研究人員分離和測序切除修復(fù)過程中從基因組剪切下來的小片段加合物損傷(adduct-damagedDNA。了解俄這些DNA片段的序列,將有助于更精確的定位它們在基因組中的位置。

 

采用這種方法,研究人員于2015年首次構(gòu)建出了人類基因組的UV修復(fù)圖,并于2016年生成了抗癌順鉑藥物對整個人類基因組的損傷和修復(fù)圖譜?,F(xiàn)在他們又利用XR-seq技術(shù)回答了關(guān)于大腸桿菌中損傷修復(fù)的一些基礎(chǔ)性問題,這將有助于研發(fā)新型抗生素藥物。

 

Mfd

 

在這項研究中,研究人員發(fā)現(xiàn)一種蛋白:Mfd在細(xì)菌的切除修復(fù)中扮演了獨特的重要作用。

 

文章作者之一Christopher P. Selby博士表示,“我認(rèn)為Mfd是大腸桿菌中最有趣的蛋白”。因為當(dāng)一個細(xì)菌基因的DNA被轉(zhuǎn)錄成RNA,轉(zhuǎn)錄分子機(jī)制會被卡在一個龐大的加合物上,此時Mfd就會出現(xiàn),招募其它修復(fù)蛋白,修復(fù)DNA損傷部分。這種由Mfd引導(dǎo)的過程被稱為轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)(transcription-coupled repair,生物通譯),這種修復(fù)在活性轉(zhuǎn)錄的DNA鏈上具有更高的修復(fù)速率。

 

研究人員利用XR-seq方法來分析大腸桿菌細(xì)菌細(xì)胞中UV誘導(dǎo)的損傷,發(fā)現(xiàn)了正常細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)的明確證據(jù),但在缺失Mfd的細(xì)胞中無法進(jìn)行這種修復(fù),這證實了Mfd的這一過程中的關(guān)鍵作用。

 

UvrD

 

在進(jìn)一步的實驗中,研究人員又發(fā)現(xiàn)另外一個切除修復(fù)蛋白:UvrD在大腸桿菌中幫助清除受損DNA切除片段的新作用。

 

如果缺失UvrD,切下的DNA片段就會仍然與染色體DNA結(jié)合,使得細(xì)胞廢物處理酶難以將其切碎降解。同時切除該鏈的修復(fù)蛋白也會綁定在上面,接著切除受損DNA的其它位點。UvrD的工作就是從染色體DNA中解開這些損壞和丟棄的DNA片段,以便可以快速進(jìn)入下一步處理,相關(guān)的修復(fù)蛋白也可以繼續(xù)進(jìn)行新一輪的修復(fù)。

 

下一步研究人員計劃在細(xì)菌細(xì)胞,人類和其他哺乳動物細(xì)胞中利用XR-seq技術(shù)解析切除修復(fù)的詳細(xì)過程。

 

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