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美科學(xué)家揭示DNA獨特修復(fù)機制

日期:2013-09-30 09:11:32

據(jù)消息,美國科學(xué)家報告稱已揭示了細胞是如何修復(fù)雙鏈斷裂這樣嚴(yán)重的DNA損傷。這種獨特的修復(fù)機制,或?qū)蛲蛔兊冗z傳學(xué)研究提供更多的解釋。研究論文發(fā)表在近期英國《自然》雜志上。

 

一直以來,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),當(dāng)由于氧化、電離輻射、復(fù)制錯誤和某些代謝產(chǎn)物導(dǎo)致染色體的雙鏈斷裂時,細胞會利用遺傳相似的染色體借助一種涉及斷裂分子兩端的機制來填補損傷部位。換句話說,為了修復(fù)遭受斷裂損傷染色體,“絕望”的細胞會利用DNA復(fù)制機制中的一種獨特結(jié)構(gòu)來使細胞繼續(xù)生存下去。

 

實際上,早在1953DNA雙螺旋模型提出之后,隨即也產(chǎn)生了一系列問題,其中之一是DNA以何種方式復(fù)制。各種推測中最受矚目的一種觀點是半保留復(fù)制,即DNA以每一條單鏈為模板進行復(fù)制,子代DNA雙鏈一條來自于親代,一條新合成。1958年這種復(fù)制模型,被兩位年輕科學(xué)家富蘭克林·威廉·斯塔爾和馬修·尼爾森的實驗得以證實。他們發(fā)現(xiàn),兩條新的DNA雙螺旋分子都分別是由一條DNA單鏈生成,而每個新的DNA雙螺旋分子都包含一條DNA原始鏈和一條新鏈。

 

如今,喬治亞理工大學(xué)生物學(xué)副教授基里爾·羅巴切夫,利用該校帕克·h·佩蒂特生物學(xué)科與工程研究所先進的分析技術(shù)以及全球頂尖的儀器設(shè)備,對酵母細胞中斷裂誘導(dǎo)的DNA修復(fù)過程進行了細致的觀察。他們發(fā)現(xiàn)這種修復(fù)模式并不依賴傳統(tǒng)的復(fù)制模式,而是以一種氣泡狀的結(jié)構(gòu)、采用此前真核細胞中未見的方式,完成了對缺失DNA鏈的修補。

 

羅巴切夫及其研究團隊稱,在實驗過程中,DNA的一個斷裂端會與其伙伴染色體上的相同DNA序列進行配對,而后以一種氣泡式樣的模式,通過染色體兩端的端粒復(fù)制出數(shù)以百萬的DNA堿基。值得一提的是,這種合成發(fā)生于整條染色體臂,并不僅僅限于一些短的局部。

 

不過,這種不同于傳統(tǒng)的DNA復(fù)制的斷裂修補機制,也大大增加了突變的幾率。印第安納大學(xué)與普渡大學(xué)印第安納波里斯聯(lián)合分校生物學(xué)副教授安娜·馬爾科娃表示,這種修復(fù)機制引入的突變率,比正常的DNA生成方式高1000倍。而或許正是這種不顧后果的復(fù)制機制帶來的遺傳不穩(wěn)定性,導(dǎo)致了腫瘤的形成。

 

 “對于細胞而言,這是它們在遭遇潛在威脅時,為求生存而采用的一種方式,當(dāng)然,這需要付出代價?!绷_巴切夫說。該DNA復(fù)制模式的氣泡式樣有著一段長的單鏈DNA尾巴,其產(chǎn)生的錯誤逃避其他修復(fù)機制的檢測及糾正。長久積累下來,將有可能導(dǎo)致高突變率,誘發(fā)癌癥等問題。

 

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