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研究表明,酶对修复双链DNA断裂具有很强的特异性

我们的细胞不断分裂,在分裂过程中,DNA分子——我们的遗传密码——有时会被破坏。DNA有双链,两条链断裂被认为是特别危险的。位于圣安东尼奥的德克萨斯大学健康科学中心的长期医学院的詹姆斯·戴利博士说,这种双链断裂会导致作为癌细胞特征的基因组重新排列。

戴利博士是这项研究的第一作者,该研究发表在6月18日的《自然通讯》杂志上,揭示了一种被称为同源重组的双链断裂修复过程。在资深作者Patrick Sung、DPhil和Sandeep Burma博士以及其他合作者的帮助下,Daley博士发现,在一系列启动同源重组的机制中,每一个都有很大的不同。同源重组是由一个称为DNA末端切除的过程发起的,在这一过程中,两条DNA链中的一条在断裂时被切除酶咀嚼回来。

“这项工作令人兴奋的地方在于,它解答了科学家们长期以来的一个谜,”戴利博士说。“十年来,我们已经知道切除酶是同源重组的前沿。我们不知道的是为什么这么多酶参与其中,以及为什么我们需要三到四种不同的酶来完成修复双链断裂的相同任务。”

一组工具,每一个都很好地调整过

“表面上看,似乎有相当多的冗余,”圣安东尼奥大学UT Health的罗伯特·a·韦尔奇杰出化学教授Sung博士说。“我们的研究很有意义,它表明人们感知到的冗余其实是一个非常幼稚的概念。”

研究结果显示,DNA切除途径实际上具有很高的特异性。

“这就像一个拥有一套工具的发动机修理工,”Sung博士说。“他使用的工具取决于需要修复的问题。就像时尚一样,我们细胞中的每一种DNA修复工具都是被设计用来修复DNA中的一种特殊类型的断裂。”

戴利博士说,研究小组研究了以双链断裂和附近其他类型的DNA损伤为特征的复杂断裂,这种复杂断裂在生理上更相关。他说,在DNA修复领域的研究通常倾向于更简单的双链断裂。戴利博士发现,每一种切除酶都是专门为处理特定类型的复杂断裂而设计的,这就解释了为什么不同的切除酶工具包在数千年的进化过程中。

癌症的影响

UT Health San Antonio MD Anderson癌症中心的Mays家庭基金会肿瘤学杰出主席Burma博士说,从这项研究中收集到的基本认识有一天可能会改善癌症治疗。

“对癌症治疗的影响是巨大的,”缅甸博士说。“我们团队的这项研究是及时的,因为美国正在考虑一种名为碳离子疗法的新型放射疗法。虽然这种疗法更精确地针对肿瘤,但很可能会引发我们研究过的那种复杂的DNA损伤。”了解特定的酶是如何修复复杂的损伤的,可能会导致策略戏剧性地提高癌症治疗的有效性。”

部分研究由美国宇航局资助。“这种复杂的DNA断裂也是由太空辐射引起的,”缅甸博士说。“因此,这项研究不仅与癌症治疗有关,也与太空探索固有的癌症风险有关。”

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