生物化學(xué)家已經(jīng)查明，能夠引起癌癥和老化的一個(gè)重要DNA缺陷是如何欺騙的細(xì)胞生物酶去進(jìn)行DNA復(fù)制的,。他們的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明了能夠?qū)е掳┌Y和老化的氧化性DNA損傷如何能夠產(chǎn)生永久性的基因破壞,。杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)中心研究人員的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在2004年8月22日的Nature雜志上,。

        DNA是一個(gè)雙螺旋分子。螺旋形的兩條鏈通過(guò)一些核苷進(jìn)行相互連接,。其中的四個(gè)核苷分別是鳥(niǎo)嘌呤,、胞嘧啶、腺嘌呤和胸腺嘧啶,，在正常DNA中,，鳥(niǎo)嘌呤和胞嘧啶配對(duì)，腺嘌呤和胸腺嘧啶配對(duì),。然而,，游離的活性氧化基團(tuán)可以將鳥(niǎo)嘌呤變成“8-氧基－鳥(niǎo)嘌呤”，這個(gè)過(guò)程會(huì)引起核苷的錯(cuò)配,。這個(gè)錯(cuò)配發(fā)生在兩條鏈分開(kāi)時(shí)的DNA復(fù)制過(guò)程中,。DNA聚合酶以其中的一條鏈為模板，通過(guò)互補(bǔ)作用去產(chǎn)生新的雙鏈DNA分子,。在復(fù)制的過(guò)程中,，整條DNA鏈都通過(guò)聚合酶上面的一個(gè)激活位點(diǎn)，這個(gè)過(guò)程就像使一根意大利面條都經(jīng)過(guò)一塊奶酪,。

        通常情況下,，這個(gè)“高保真”的DNA聚合酶可以準(zhǔn)確的添加互補(bǔ)的核苷分子,，并且可以檢測(cè)到在這個(gè)過(guò)程中發(fā)生的錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤或錯(cuò)配是由于形態(tài)改變而不能通過(guò)活性位點(diǎn)——就像打結(jié)的意大利面條會(huì)堵住奶酪,。這些畸形的產(chǎn)物可以引發(fā)修復(fù)機(jī)制來(lái)糾正錯(cuò)配的問(wèn)題,。

        研究人員最初研究發(fā)現(xiàn)，DNA聚合酶的生物化學(xué)反應(yīng)“寧愿”用8-氧基－鳥(niǎo)嘌呤代替正常的胞嘧啶與鳥(niǎo)嘌呤配對(duì),。如果不進(jìn)行檢測(cè)和糾正,，這樣的錯(cuò)配可以導(dǎo)致細(xì)胞中正常機(jī)制的錯(cuò)誤，引發(fā)不受控制的癌癥生長(zhǎng),，或者老化過(guò)程中的細(xì)胞死亡,。

        然而，研究人員很早就知道8-氧基－鳥(niǎo)嘌呤的錯(cuò)配很容易躲過(guò)DNA聚合酶的檢測(cè),。“已經(jīng)進(jìn)行了很多關(guān)于這個(gè)錯(cuò)配反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)和生物化學(xué)研究工作,，但是我們?nèi)圆磺宄槭裁催@個(gè)錯(cuò)配損傷可以躲避聚合酶的檢測(cè)過(guò)程，”Beese說(shuō),。“這個(gè)錯(cuò)配損傷是這類氧化損傷中的一個(gè),，卻被認(rèn)為是致變性最強(qiáng)的一個(gè)，這就是我們?yōu)槭裁匆M全力去研究它,。”

        Hsu對(duì)一種耐熱的嗜熱脂肪芽孢桿菌（Bacillus stearothermophilus）中的聚合酶進(jìn)行研究,。他將這個(gè)聚合酶和一條包含了一個(gè)8-氧基－鳥(niǎo)嘌呤的DNA鏈共同結(jié)晶。因?yàn)檫@個(gè)聚合酶在晶體中依然有合成DNA的能力,，所以Hsu分別加入了正確的胞嘧啶核苷或者不正確的腺嘌呤核苷來(lái)觀察結(jié)果,。通過(guò)X射線晶體衍射技術(shù)，研究人員可以準(zhǔn)確的推斷出晶體中的蛋白結(jié)構(gòu)和DNA結(jié)構(gòu),。通過(guò)一系列晶體分析這個(gè)酶合成正確鏈和突變鏈的過(guò)程,，研究人員對(duì)這個(gè)酶的功能有了初步的認(rèn)識(shí)。生物化學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象,。“當(dāng)聚合酶把胞嘧啶和8-氧基－鳥(niǎo)嘌呤配對(duì)時(shí),，我們看到的結(jié)構(gòu)就像DNA錯(cuò)配的結(jié)構(gòu)，”Beese說(shuō),。“這說(shuō)明聚合酶的功能將會(huì)停止復(fù)制過(guò)程,。”“但是，當(dāng)我們加入一個(gè)不正確的腺嘌呤核苷,，它卻可以在聚合酶的作用下進(jìn)行類似正常的配對(duì)過(guò)程,。”

        研究人員的分析顯示8-氧基－鳥(niǎo)嘌呤和胞嘧啶的錯(cuò)配就像打結(jié)的意大利面一樣，將會(huì)堵住活性位點(diǎn),；然而,，錯(cuò)配的8-氧基－鳥(niǎo)嘌呤和腺嘌呤則不會(huì)變形，仍然可以順利的通過(guò)聚合酶，形成一個(gè)新的DNA分子,。

        “我們可以延長(zhǎng)這個(gè)復(fù)制過(guò)程來(lái)證明聚合酶沒(méi)有檢測(cè)到這個(gè)錯(cuò)配,。這意味著，DNA將繼續(xù)對(duì)這個(gè)錯(cuò)配進(jìn)行復(fù)制,，而且這個(gè)過(guò)程可以間接的導(dǎo)致一個(gè)有害突變的穩(wěn)定結(jié)合到染色體的過(guò)程,，”Beese說(shuō)。

        通過(guò)更進(jìn)一步的分析,，Hsu證實(shí),，細(xì)菌的聚合酶和人類的聚合酶一樣，有這種錯(cuò)配的傾向,，而且不能識(shí)別這個(gè)錯(cuò)配過(guò)程,。他們也發(fā)現(xiàn)，如果8-氧基－鳥(niǎo)嘌呤和胞嘧啶的配對(duì)能通過(guò)聚合酶的話,，這個(gè)配對(duì)變性就會(huì)消失,，也就是說(shuō)這個(gè)有化學(xué)缺陷的8-氧基－鳥(niǎo)嘌呤將永遠(yuǎn)存在于DNA鏈中。

        在進(jìn)一步的研究中,，Beese和她的同事們正在探測(cè)其它類型的DNA損傷,，以及這些損傷如何影響復(fù)制。這些損傷包括那些致癌物質(zhì)引起的損害,。研究人員也開(kāi)發(fā)了一種可以模擬DNA復(fù)制過(guò)程的方法，可以對(duì)復(fù)制過(guò)程進(jìn)行X射線晶體衍射,，使我們可以更好的了解這個(gè)過(guò)程,。