科学家发现新型DNA修复机制

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