生物谷報道：來自5月19日Science雜志上的一篇文章報道：許多細胞過程——包括DNA復制和修復,、細胞周期監(jiān)控、新陳代謝和應激反應,，構成了DNA損傷引起的綜合反應,。該文的作者利用系統(tǒng)生物學方法勾畫了當酵母DNA損傷時所激活的轉錄網絡的圖譜。
文章作者,，來自加州大學圣地亞哥分校的Trey Ideker表示,，“我們現在比以前知道了更多的通路的連接，甚至知道了在損傷導致的反應中,，信息是怎樣在細胞中傳輸的,。”從多角度來看細胞過程——而不是從經典生物學方法中一個基因、一種蛋白的角度,，使得研究者可以構建出完整的轉錄關聯的“路線圖”,，這將幫助科學家們控制DNA損傷引起的細胞反應。
之前科學家們就已經收集了關于DNA損傷是怎樣被察覺和修復的機制許多資料,，并且前期工作已經證實了除了經典的修復途徑外,，許多途徑在DNA損傷后受到激活，但是關于那些不同的通路是怎樣相互關聯構成耦聯反應的卻一無所知,。
Ideker和他的同事——由UCSD（加州大學圣地亞哥分校）的Christopher T. Workman , H. Craig Mak,，第一次在酵母細胞內尋找參與針對甲基甲磺酸（methyl-methanesulfonate）的細胞反應過程的轉錄因子。研究人員發(fā)現30種轉錄因子參與了損傷導致的反應,。當用MMS處理后,，有可能由于它們表達水平的改變導致它們與基因的啟動子結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胞從損傷中恢復的能力喪失。
然后研究人員利用ChIP-chip（chromatin immunoprecipitation combined with microarray chip hybridization）技術來驗證施用MMS時30種轉錄因子中每個因子所誘導轉錄網絡結構,。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,，研究人員繪出了當細胞經歷DNA損傷后,，轉錄因子是怎樣改變自己的行為的機理圖。轉錄因子的這些改變包括：召集不同的DNA結合基序,、改變用于調控的基因,、或者改變其與其他轉錄因子的配對情況。
Ideker和他的同事緊接著用酵母基因敲除的芯片技術（microarray）證明在MMS誘導的情況下,，刪除一個關鍵的轉錄因子是如何改變基因的表達水平的,。假如ChIP-chip分析表明轉錄因子與某一套基因的啟動子結合，然后敲除轉錄因子應該會改變那些基因對MMS的反應,。由于轉錄因子可以影響不與它直接結合的基因,，因此研究人員同時也應用了Bayesian模型技術確定可能的中間因子,，通過這些中間因子,，轉錄因子可以調控下游基因的活性。
這樣得到的轉錄網絡圖譜表明轉錄因子是怎樣調控參與MMS損傷反應的82個基因的,。該網絡的核心是一套已知的參與對DNA損傷進行反應的基因,。在這些基因的周圍是參與DNA復制和修復、細胞周期中止,、應激反應和新陳代謝途徑的相互作用網絡,。“我們現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和細胞生物學一個重要問題,，并且對研究轉錄通路的轉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的Grant Brown所說的“rigorous sense并不能得到生物學的真理,，但是卻可以產生更多新奇的想法,，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)
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DNA的損傷與修復
細胞內的DNA分子因物理,、化學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，
細胞或機體形成了多種DNA損傷的修復系統(tǒng),。DNA損傷修復(repair of DNA
damage)是在細胞中多種酶的共同作用下,，使DNA受到損傷的結構大部分得以
恢復,，降低了突變率，保持了DNA分子的相對穩(wěn)定性,。
（一）光復活
光復活(photo-reactivation)又稱光修復(photo-repair),。在可見光照(波長310
～440nm)照射下，光復活酶(photoreacting enzyme)發(fā)生作用,。在暗處,，光復
合酶能識別出因紫外線照射而形成的酶和DNA復合物，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，然后酶從復合物中釋放出來,，完成
修復過程,。
這種修復方式雖然普遍，但主要是低等生物的DNA損傷修復的方式,。
（二）切除修復（excision repair）
切除修復又稱切補修復,，是在一系列復雜酶的作用，促進DNA損傷修補,，主要
包括：核酸內切酶識別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
完成修復過程,。切除修復功能廣泛存在于原核生物和真核生物中,，也是人類
細胞中DNA損傷切除修復的主要方式之一。
（三）重組修復（recombinational repair）
重組修復又稱旁路修復（bypass repair）,，通過細胞間期DNA合成期來修復損傷,。
重組和修復的共同處：都需要核酸內切酶的存在，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的重組合修復關系密切，故DNA分子的損傷有可能通過DNA分子間的重
組來修復，即重組修復,。
重組修復的主要步驟有：
1．復制
含有TT或其他結構損傷的DNA仍然可以正常的進行復制,，但當復制到損傷部位時，
子代DNA鏈中與損傷部位相對應的位置出現切口,，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，至此重組修復完成,。
重組修復并沒有從親代DNA中去除二聚體,。當第二次復制時，留在母鏈中的二聚體仍
使復制不能正常進行,，復制經過損傷部位時所產生的切口,，仍舊要用同樣的重組過
程來彌補，隨著DNA復制的繼續(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。
