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科学家发现新型DNA修复机制
【字体: 大 中 小 】 时间:2015年12月24日 来源:生物通
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我们都知道,紫外线(UV)会损伤DNA。但现在研究人员发现,在特定的背景下,它也能介导一种非酶性的DNA损伤修复。这种影响可能在生物系统的早期进化中起到了重要的作用。这项新研究发表在最近的美国化学学会杂志(Journal of the American Chemical Society)。
生物通报道:我们都知道,紫外线(UV)会损伤DNA。但现在研究人员发现,在特定的背景下,它也能介导一种非酶性的DNA损伤修复。这种影响可能在生物系统的早期进化中起到了重要的作用。延伸阅读:DNA修复的一个未知秘密。
太阳光的紫外线部分,可触发DNA分子(构成了我们细胞中的遗传物质)中的光化学反应。这些反应可能导致DNA结构的变化,从而导致某些突变,引起细胞死亡或促进肿瘤发生。现在,慕尼黑大学(LMU)研究人员,在生物有机化学主任Thomas Carell教授和生物分子光学教授Wolfgang Zinth的带领下证明,DNA本身可以通过一种非酶促机制(本身是依赖于紫外线),来修复最常见的紫外线介导的损伤类型。这项新研究发表在最近的美国化学学会杂志(Journal of the American Chemical Society)。
细胞具有各种各样复杂的、以酶为基础的机制,可用于修复损坏的DNA,今年的诺贝尔化学奖授予三名研究人员,奖励他们对这些机制的研究贡献。现在,Zinth和Carell带领的研究小组,首次发现了序列依赖性修复机制的实例,根本不需要酶的参与。
序列特异性修复
DNA双螺旋包含两条彼此缠绕在一起的螺旋线。这种结构是由所谓的碱基(从每一条链伸出来的平面结构)之间的相互作用支撑的。相反链上的碱基,可以与另一条链的碱基,以特定的方式进行配对,通过形成所谓的氢键稳定这种配对:每一个腺嘌呤(A)与相反链上的胸腺嘧啶(T),每一个鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)。这种碱基配对机制是DNA复制过程中的一个重要元素。
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紫外线辐射与DNA之间的相互作用所产生的损伤,最常见的类型是所谓的环丁烷嘧啶二聚体(CPD),在这种损伤中,同一条链相邻的胸腺嘧啶相互连接在一起。但是紫外线也会产生短暂的、带电的和高活性的化学物质,称为同一条链相邻碱基之间的自由基,就像Zinth和Thomas Carell在新的研究中所论证的。Wolfgang Zinth说:“人们一直认为,这些自由基对,会继续导致进一步的损伤。然而,现在我们表明,在特定碱基组合之间形成的自由基对,可以修复已经发生的损伤。”这个修复过程的驱动力,由所涉及的碱基所提供的。在一个CPD旁边形成的自由基对,能够借助于一个电荷转移过程修复它。
Thomas Carell说:“与所有其他已知的修复机制形成对照,这种修复模式是DNA本身内在的。它不依赖于酶的干预。”然而,这种新的机制是高度依赖于序列背景的,并且只对一小部分的DNA序列起作用。研究人员还发现,它对GATT序列(当TT序列形成一个CPD时)起作用,现在研究人员正在计划进行系统的搜索,以确定这一机制可起作用的所有序列背景。
在生命起源过程中的作用
这一发现表明,紫外线对DNA有双重作用。辐射不仅是有害的,它还可以提供一种方法,扭转它所造成的一些损害。这种迄今未知的机制,可能在生物系统的早期进化中发挥了重要作用。Wolfgang Zinth指出:“能够自我修复的序列,比其他序列更能抵抗强烈的紫外线辐射。在原始时代,当核酸第一条链被组装成有功能的序列时,地球表面不断暴露在非常高通量的UV当中。在第一个有生活力的原生生物结构出现期间,这可能作为一个重要的选择因素,肯定对它们的进化起着决定性的作用。”
(生物通:王英)
生物通推荐原文:
Dominik Benjamin Bucher et al. UV-Induced Charge Transfer States in DNA Promote Sequence Selective Self-Repair, Journal of the American Chemical Society (2015). DOI: 10.1021/jacs.5b09753