生物谷報道:對于錯配堿基的切除和修復(fù)是細胞的必需功能之一,。在本期的《美國國家科學院院刊》(PNAS)雜志上,, 來自杜克大學醫(yī)學院生物化學系,霍華德休斯醫(yī)學院HHMI的研究人員在這一方面又獲得進一步的研究進展,,他們發(fā)現(xiàn)一種DNA雙螺旋上的蛋白阻礙物,,這種蛋白能擾亂修復(fù)過程,從而排除了一些考慮的模式,。
DNA修復(fù)(DNA repair)指雙鏈DNA上的損傷得到修復(fù)的現(xiàn)象,。這種反應(yīng)可能使DNA結(jié)構(gòu)恢復(fù)原樣,重新能執(zhí)行它原來的功能,;但有時并非能完全消除DNA的損傷,,只是使細胞能夠耐受這DNA的損傷而能繼續(xù)生存。也許這未能完全修復(fù)而存留下來的損傷會在適合的條件下顯示出來(如細胞的癌變等),,但如果細胞不具備這修復(fù)功能,,就無法對付經(jīng)常在發(fā)生的DNA損傷事件,就不能生存,。所以研究DNA修復(fù)也是探索生命的一個重要方面,,而且與軍事醫(yī)學,、腫瘤學等密切相關(guān),。對不同的DNA損傷,細胞可以有不同的修復(fù)反應(yīng),。
現(xiàn)在已知在生物體中有三種DNA的修復(fù):(1)光恢復(fù)修復(fù):由紫外線所造成的DNA損傷(胸腺嘧啶二聚體),,由于光恢復(fù)酶的催化,在可見光照射后恢復(fù)成完整無損的狀態(tài),。(2)切除修復(fù):嘧啶二聚體或某種堿基損傷可以被切除,。然后通過相對的一條完整無損的DNA鏈作為模板重新進行合成,在這個被切除的部分中填上正常的堿基排列,。在大腸桿菌中切除修復(fù)是由內(nèi)切核酸修復(fù)酶,,DNA多聚酶I.DNA連接酶依次地進行作用的結(jié)果。(3)重組修復(fù):盡管雙鏈DNA上發(fā)生了損傷(這種修復(fù)可以修復(fù)以下多種損傷),,但生物還是能夠形成完整無損的后代DNA,,這是生物的耐受性(tolerance)之一。由于DNA上發(fā)生損傷,,在以它作為模板所 產(chǎn)生的新的DNA中,,相對原來發(fā)生損傷的地方就會出現(xiàn)缺口,從原來另一條完整無損的鏈(sister strand)上可以切下相應(yīng)的核苷酸部分填到這個缺口中去,,這就是重組修復(fù)的機制,。除上述這些修復(fù)機制以外,似乎還存在著例如重新合成修復(fù)(de novo synthesis repair),、再結(jié)合修復(fù)等等的DNA的修復(fù)機制,。即使在上述的修復(fù)現(xiàn)象中,,其分子機制的細節(jié)也隨生物種類的不同而有相當?shù)牟顒e。盡管如此,,不過幾乎所有的生物.從病毒到人都具有DNA修復(fù)的能力,。已知缺乏切除修復(fù)的突變體對射線和化學誘變劑具有非常高的敏感性,此外突變和癌變的頻度也會增高.但是重組修復(fù)有缺乏時,,射線和化學誘變劑不能誘發(fā)它們產(chǎn)生突變,。
DNA錯配修復(fù)是細胞復(fù)制后的一種修復(fù)機制,具有維持DNA復(fù)制保真度,控制基因變異的作用。DNA錯配修復(fù)缺陷使整個基因組不穩(wěn)定,,最終會導(dǎo)致腫瘤和癌癥的發(fā)生,。DNA錯配修復(fù)系統(tǒng)不僅通過矯正在DNA重組和復(fù)制過程中產(chǎn)生的堿基錯配而保持基因組的穩(wěn)定,而且通過誘導(dǎo)DNA損傷細胞的凋亡而消除由突變細胞生長形成的癌變。錯配修復(fù)缺陷細胞的抗藥性也引起了癌癥化療研究方面的關(guān)注,。大多數(shù)情況下,,錯配修復(fù)健全型細胞對腫瘤化療藥物敏感,而錯配修復(fù)缺陷細胞卻有較高的抗性,。DNA錯配修復(fù)系統(tǒng)通過修復(fù)和誘導(dǎo)細胞凋亡維護基因組穩(wěn)定的功能,顯示了錯配修復(fù)途徑在癌癥生物學和分子醫(yī)學中的重要性,。
對于錯配堿基的切除和修復(fù)是細胞的必需功能之一,已經(jīng)有了幾種模式來描繪半甲基化(hemimethylated)的脫氧核糖核酸——d(GATC)序列是如何在一個錯配的任一邊,,以1000bp或更遠的距離來知道大腸桿菌錯配修復(fù)的,。
Anna Pluciennik和Paul Modrich這兩個研究人員報道了一種DNA雙螺旋上的蛋白阻礙物,這種蛋白能擾亂修復(fù)過程,,從而排除了一些考慮的模式,。研究人員在一個d(GATC)序列和一個錯配之間的雙螺旋上放置了一個水解缺陷型EcoRI內(nèi)切酶,用以阻止雙螺旋上信號傳遞,。
這種阻礙蛋白在高至80%的時間里都抑制MutH內(nèi)切酶活性,,利用包含有一個錯配和一個d(GATC)位點的環(huán)狀DNA,研究人員也發(fā)現(xiàn)雙螺旋上的一個定位在阻礙MutH活性的兩個位點之間更短的那條途徑上break,,而且這個break在長一點的那條信號途徑中并沒有出現(xiàn),。因此作者認為信號是沿著雙螺旋contour進行傳遞的,而且DNA的柔軟性可能在其中并沒有起到什么作用,。
同期在Science雜志上,,來自瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學院的研究人員發(fā)現(xiàn)細胞分裂前,一個DNA分子將會被復(fù)制成兩個,,并通過一種叫做Cohesin的物質(zhì)黏合在一起,。一旦兩個DNA分子分開太早,新生成的細胞中的染色體(DNA分子的主要載體)數(shù)量就可能出現(xiàn)異常,,正像很多腫瘤細胞的染色體數(shù)量異常一樣,。
這一發(fā)現(xiàn)與通常的認識不同,細胞會使用Cohesin來修復(fù)受損的DNA鏈,。肖格倫說,,這項發(fā)現(xiàn)涉及到細胞最基本的工作機理,,對癌癥研究無疑具有重要意義。