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Science:實時監測活細胞DNA動態

日期:2013-08-13 11:29:05

來自美國的研究人員開發了一種新方法,研究了活細胞中的DNA損傷及由此造成的染色體易位。這一研究成果發表在89日的《科學》(Science)雜志上。

 

由于正常的細胞過程及輻射等環境因素的影響,活細胞中常常會發生DNA損傷。細胞會不斷地修復這些DNA損傷,但是如果修復失敗,DNA雙鏈就有可能發生斷裂,分離為兩部分。這一稱之為DNA雙鏈斷裂(double-strand break ,DSB)的細胞損傷過程對宿主細胞是有危險的,因為當斷裂鏈試圖再度配對連接時,它們沒有模板可循,可能會與不同的染色體配對,導致染色體易位,基因意外重排。染色體易位是癌細胞的一個標志。

 

美國國立癌癥研究所研究員Vassilis Roukos以及同事們,利用超高吞吐量的時差顯微成像技術實時監控了染色體易位。研究小組的目的是調查易位過程中及之后的事件,以增進我們對于這些過程的理解,研究人員在DNA雙鏈斷裂和其他易位事件發生之時成功捕獲了它們的圖像。

 

研究小組通過讓活體小鼠細胞接觸一種特異的酶,操控了它們的DNA分子斷裂。他們采用熒光蛋白標記斷裂末端,然后用顯微時差成像系統觀察了接下來36小時發生的事件。

 

他們發現染色體易位分為三個不同的階段。這一階段DNA片段只輕微地移動,似乎隨機地搜尋斷裂鏈可與之配對的“伙伴”;第二階段,兩斷裂片段排成一行;第三階段,斷裂片段連接到一起。在大多數情況下,雙鏈斷裂片段是立刻與正確的伙伴連接,但在個別情況下,不同染色體的兩個雙鏈斷裂片段會轉而配對。文章的共同作者、國立癌癥研究所Tom Misteli說,這些易位非常少見,大約每300個細胞中才能夠看到1個。

 

研究人員還發現,染色體易位通常發生在雙鏈斷裂的數小時內,它們與細胞周期無關。

 

另外,研究人員還發現細胞DNA修復系統中的一些酶可影響易位的形成。例如,當研究人員讓某些細胞中的DNA依賴性蛋白激酶(DNAPK)喪失功能時,相比于具有活性DNAPK的細胞,這些細胞發生染色體易位的可能性提高了近10倍。Misteli說,盡管過去已知DNAPK在易位形成中發揮作用,對于它的作用機制卻知之甚少,新研究更深入地闡明了相關的過程,證實了DNAPK活性是阻止錯誤配對的必要條件。

 

Misteli說在接下來的研究中他將設法找到一些方法來阻止DNA修復出錯。

 


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