生物谷報道：來自5月19日Science雜志上的一篇文章報道：許多細(xì)胞過程——包括DNA復(fù)制和修復(fù),、細(xì)胞周期監(jiān)控、新陳代謝和應(yīng)激反應(yīng),，構(gòu)成了DNA損傷引起的綜合反應(yīng)。該文的作者利用系統(tǒng)生物學(xué)方法勾畫了當(dāng)酵母DNA損傷時所激活的轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)的圖譜。  

        文章作者,，來自加州大學(xué)圣地亞哥分校的Trey  Ideker表示，“我們現(xiàn)在比以前知道了更多的通路的連接,，甚至知道了在損傷導(dǎo)致的反應(yīng)中,，信息是怎樣在細(xì)胞中傳輸?shù)摹?rdquo;從多角度來看細(xì)胞過程——而不是從經(jīng)典生物學(xué)方法中一個基因、一種蛋白的角度,，使得研究者可以構(gòu)建出完整的轉(zhuǎn)錄關(guān)聯(lián)的“路線圖”,，這將幫助科學(xué)家們控制DNA損傷引起的細(xì)胞反應(yīng)。  

        之前科學(xué)家們就已經(jīng)收集了關(guān)于DNA損傷是怎樣被察覺和修復(fù)的機制許多資料,，并且前期工作已經(jīng)證實了除了經(jīng)典的修復(fù)途徑外,，許多途徑在DNA損傷后受到激活，但是關(guān)于那些不同的通路是怎樣相互關(guān)聯(lián)構(gòu)成耦聯(lián)反應(yīng)的卻一無所知,。  

        Ideker和他的同事——由UCSD（加州大學(xué)圣地亞哥分校）的Christopher  T.  Workman  , H.  Craig  Mak,，第一次在酵母細(xì)胞內(nèi)尋找參與針對甲基甲磺酸（methyl-methanesulfonate）的細(xì)胞反應(yīng)過程的轉(zhuǎn)錄因子。研究人員發(fā)現(xiàn)30種轉(zhuǎn)錄因子參與了損傷導(dǎo)致的反應(yīng),。當(dāng)用MMS處理后,，有可能由于它們表達水平的改變導(dǎo)致它們與基因的啟動子結(jié)合時帶來基因表達水平的改變,，也有可能由于它們的刪除使得細(xì)胞從損傷中恢復(fù)的能力喪失。  

        然后研究人員利用ChIP-chip（chromatin  immunoprecipitation  combined   with  microarray  chip   hybridization）技術(shù)來驗證施用MMS時30種轉(zhuǎn)錄因子中每個因子所誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),。通過比較正常生長狀態(tài)下和MMS處理后,，基因、基因—蛋白的相互作用,，研究人員繪出了當(dāng)細(xì)胞經(jīng)歷DNA損傷后,，轉(zhuǎn)錄因子是怎樣改變自己的行為的機理圖。轉(zhuǎn)錄因子的這些改變包括：召集不同的DNA結(jié)合基序,、改變用于調(diào)控的基因,、或者改變其與其他轉(zhuǎn)錄因子的配對情況。  

        Ideker和他的同事緊接著用酵母基因敲除的芯片技術(shù)（microarray）證明在MMS誘導(dǎo)的情況下,，刪除一個關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子是如何改變基因的表達水平的,。假如ChIP-chip分析表明轉(zhuǎn)錄因子與某一套基因的啟動子結(jié)合，然后敲除轉(zhuǎn)錄因子應(yīng)該會改變那些基因?qū)MS的反應(yīng),。由于轉(zhuǎn)錄因子可以影響不與它直接結(jié)合的基因,，因此研究人員同時也應(yīng)用了Bayesian模型技術(shù)確定可能的中間因子，通過這些中間因子,，轉(zhuǎn)錄因子可以調(diào)控下游基因的活性,。  

        這樣得到的轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)圖譜表明轉(zhuǎn)錄因子是怎樣調(diào)控參與MMS損傷反應(yīng)的82個基因的。該網(wǎng)絡(luò)的核心是一套已知的參與對DNA損傷進行反應(yīng)的基因,。在這些基因的周圍是參與DNA復(fù)制和修復(fù),、細(xì)胞周期中止、應(yīng)激反應(yīng)和新陳代謝途徑的相互作用網(wǎng)絡(luò),。“我們現(xiàn)在解釋了人們隱含在一個循環(huán)圖的上下文中的所有途徑,。”Ideker說。  

        這項研究成果解決了分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)一個重要問題,，并且對研究轉(zhuǎn)錄通路的轉(zhuǎn)錄后和翻譯后機制十分重要,。這項重大的研究成果正如來自安大略省多倫多大學(xué)的Grant  Brown所說的“rigorous  sense并不能得到生物學(xué)的真理，但是卻可以產(chǎn)生更多新奇的想法,，獲得更多假說,，推動實驗進程。”

原文出處：

A Systems Approach to Mapping DNA Damage Response Pathways

Christopher T. Workman, H. Craig Mak, Scott McCuine, Jean-Bosco Tagne, Maya Agarwal, Owen Ozier, Thomas J. Begley, Leona D. Samson, and Trey Ideker
Science 19 May 2006 312: 1054-1059 [DOI: 10.1126/science.1122088] (in Reports)

Abstract »   Full Text »   PDF »   Supporting Online Material »  
拓展閱讀：

ＤＮＡ損傷和長期記憶－BIOON生物頻道

由于DNA損傷誘發(fā)的細(xì)胞凋亡信號

篩選機制與細(xì)胞衰老的DNA損傷假說－BIOON生物頻道

DNA的損傷與修復(fù) －BIOON生物頻道
 

Nature：光線損傷DNA的重大發(fā)現(xiàn)－BIOON生物頻道

第十節(jié)：DNA的損傷與修復(fù)——DNA修復(fù)

BRCA1蛋白參與DNA雙鏈損傷應(yīng)答－BIOON生物頻道

第八節(jié)：DNA的損傷與修復(fù)——DNA損傷的后果－B...

由于DNA損傷誘發(fā)的細(xì)胞凋亡信號-生物谷圖片頻道

由DNA損傷引發(fā)的凋亡信號

Cell：華人科學(xué)家發(fā)現(xiàn)重構(gòu)DNA修復(fù)系統(tǒng)

DNA的損傷與修復(fù)

細(xì)胞內(nèi)的DNA分子因物理,、化學(xué)等多種因素的作用使堿基組成或排列發(fā)生變化,，

若這些變化都表現(xiàn)為基因突變，機體則難以生存,。然而生物在長期進化過程中,，

細(xì)胞或機體形成了多種DNA損傷的修復(fù)系統(tǒng)。DNA損傷修復(fù)(repair of DNA

damage)是在細(xì)胞中多種酶的共同作用下，使DNA受到損傷的結(jié)構(gòu)大部分得以

恢復(fù),，降低了突變率,，保持了DNA分子的相對穩(wěn)定性。

（一）光復(fù)活
    光復(fù)活(photo-reactivation)又稱光修復(fù)(photo-repair),。在可見光照(波長310

～440nm)照射下，光復(fù)活酶(photoreacting enzyme)發(fā)生作用,。在暗處,，光復(fù)

合酶能識別出因紫外線照射而形成的酶和DNA復(fù)合物，但不能解開二聚體,，由

光提供能量,，才使二聚體解開成為單體，然后酶從復(fù)合物中釋放出來,，完成

修復(fù)過程,。

這種修復(fù)方式雖然普遍，但主要是低等生物的DNA損傷修復(fù)的方式,。

（二）切除修復(fù)（excision repair）
    切除修復(fù)又稱切補修復(fù),，是在一系列復(fù)雜酶的作用，促進DNA損傷修補,，主要

包括：核酸內(nèi)切酶識別DNA損傷部位,，并在5’端作一個切口，再在外切酶的作

用下從5’端到3’方向切除損傷部位,，此后在DNA聚合酶的作用下以損傷處相對

應(yīng)的互補鏈為模板合成新的DNA單鏈片段,，填補切除后空下的空隙；最后在連

接酶的作用下將新合成的單鏈片段與原有的單鏈以3’,5’磷酸二脂鍵相連接

完成修復(fù)過程,。切除修復(fù)功能廣泛存在于原核生物和真核生物中,，也是人類

細(xì)胞中DNA損傷切除修復(fù)的主要方式之一。

（三）重組修復(fù)（recombinational repair）
    重組修復(fù)又稱旁路修復(fù)（bypass repair）,，通過細(xì)胞間期DNA合成期來修復(fù)損傷,。

重組和修復(fù)的共同處：都需要核酸內(nèi)切酶的存在，用于切斷DNA雙鏈中一條鏈,；

都需要核酸外切酶的參與,，把DNA的片段切除；都需要

DNA聚合酶的催化,，合成單鏈DNA片段,，彌補DNA鏈上的缺口；都需要連接酶的作用,，把新鏈和舊鏈

以共價鍵連接起來,。由于DNA的重組合修復(fù)關(guān)系密切，故DNA分子的損傷有可能通過DNA分子間的重

組來修復(fù)，即重組修復(fù),。

重組修復(fù)的主要步驟有：
1．復(fù)制
    含有TT或其他結(jié)構(gòu)損傷的DNA仍然可以正常的進行復(fù)制,，但當(dāng)復(fù)制到損傷部位時，

子代DNA鏈中與損傷部位相對應(yīng)的位置出現(xiàn)切口,，新合成的子鏈比未損傷的DNA鏈要短,。
2．重組
    完整的母鏈與有缺口的子鏈重組，缺口由母鏈來的核苷酸片段彌補,。
3．再合成
    重組后母鏈中的缺口通過DNA多聚酶的作用合成核酸片段,，然后由連接酶是新片段與

舊鏈連接，至此重組修復(fù)完成,。

重組修復(fù)并沒有從親代DNA中去除二聚體,。當(dāng)?shù)诙螐?fù)制時，留在母鏈中的二聚體仍

使復(fù)制不能正常進行,，復(fù)制經(jīng)過損傷部位時所產(chǎn)生的切口,，仍舊要用同樣的重組過

程來彌補，隨著DNA復(fù)制的繼續(xù),，若干代以后,，雖然二聚體始終沒有除去，但損傷

的DNA鏈逐漸“稀釋”,，最后無損于正常生理功能,，損傷也就得到了修復(fù)。