首次观测晒伤引发的DNA损伤（图）

　　

生物通报道：来自美国Ohio State大学和德国的研究人员利用一种特殊技术，实时观测持续紫外光对DNA链的损伤过程。他们观察与晒伤有关的DNA分子的最常见化学反应，发现这种关键反应的速度极快，不到一皮秒。

研究人员希望弄清紫外损伤在晒伤和皮肤癌中的作用，发现损伤绝大多数由UV轰击时DNA所处的位置决定。研究结果刊登于最新《Science》杂志。

俄亥俄大学化学系副教授Bern Kohler说，UV通过补充能量激活DNA分子。一些被激活的能量状态（energy states）会持续很长一段时间，另一些却很短。一般情况下，这种能量的消散是无害的，但偶尔会激发一种化学反应，改变DNA分子的结构。

先前，研究人员一直认为，被UV能量激发的时间越长，DNA分子被损伤的几率的越大，所以长时间（long-lived）的激活状态比短时间（short-lived）的激活状态更危险。但最新研究显示，最常见的DNA损伤是被一种短暂的激发状态引发的。

“这种反应速度对推测紫外引发DNA损伤的机理有重要帮助，” Kohler说，“研究中，我们没有找到任何长时间能量状态引发损伤的证据，似乎是短时间的状态引发最常见的DNA化学损伤。”

这种损伤由两种错误排列的小分子键组成，这两个键分别位于DNA双螺旋两个相邻的胸腺嘧啶碱基之间。DNA“雇用”某些自身的化学反应“疗伤”，但如果损伤过于严重，复制会发生错误，损伤过重的细胞会死亡。研究人员还推测慢性损伤引发的突变会导致皮肤癌。

此次研究中，化学家利用一种被称为瞬时吸收（transient absorption）的技术观察DNA损伤。瞬时吸收的原理是分子吸收特异波长的光，功能是可用于研究发生在不到1皮秒时间里的事件。他们将特制的DNA片段（只有胸腺嘧啶碱基，为了增加观测到相邻胸腺嘧啶碱基之间化学反应的几率）暴露于紫外光，然后对新胸腺嘧啶键形成的化学反应计时。

Kohler着重指出他们使用的是纯化的DNA链，而非细胞中的DNA。晒伤来自于活细胞内的一连串的化学反应，因此这种实验不能用于研究细胞对晒伤的忍受。但这次实验是首次地DNA损伤反应的最初分子事件进行观测，研究结果为探索UV损伤问题开辟了一条新途径。

细胞中的DNA是动态的，其柔韧性使其能够以不同的方式弯曲和盘旋，而且使常见的化学反应不断在细胞中出现。每次形状改变需要几皮秒到几百皮秒。这是极快的反应，但新研究发现UV损伤发生的更快，成键时间是意想不到的时间数量级，即便是DNA分子的快速移动看起来似乎都是静止的。

这意味着，两个胸腺嘧啶碱基的损伤与否由DNA吸收UV光的极短时间内DNA的位置决定。UV轰击时，任何两个胸腺嘧啶碱基都应该以成键的正确方式排列。

“这种发现揭示出一些胸腺嘧啶碱基对比其它一些更容易受损的原因，研究人员可以通过研究影响这些碱基对空间排列的因素，弄清DNA损伤形式。”
“光损伤（photo-damage）的研究结果使我们将注意力投注在DNA结构、DNA吸收光时的排列方式上。”

图：DNA双螺旋中未受损的胸腺嘧啶碱基对（thymine bases）用绿色标示（左图）；双螺旋中，UV引发形成两个新的化学建，将两个胸腺嘧啶碱基融合起来（右图）。