首次观测晒伤引发的DNA损伤(图)

【字体: 时间:2007年02月05日 来源:生物通

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  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。

  

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)。

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