來自萊斯大學(xué)，貝勒醫(yī)學(xué)院和其他機構(gòu)的科學(xué)家正在使用合成生物學(xué)來捕獲難以捉摸的，短命的DNA片段，這些片段是健康細(xì)胞在成為癌癥的過程中產(chǎn)生的。研究人員表示，這項工作可以通過中和“DNA中間體”來開發(fā)可以預(yù)防癌癥的新藥，這些遺傳密碼是在健康細(xì)胞癌變時產(chǎn)生的。該研究在開放獲取期刊Science Advances的一篇新論文中有所描述。

“在我的實驗室中，我們研究基因組 - 生物體中的基因 - 如何改變，特別是正常細(xì)胞的基因組如何改變以將細(xì)胞轉(zhuǎn)化為癌細(xì)胞，”項目首席科學(xué)家蘇珊羅森伯格說，貝勒的Ben F. Love Chair在癌癥研究和Baylor的Dan L Duncan綜合癌癥中心的癌癥進化計劃的領(lǐng)導(dǎo)者。

當(dāng)細(xì)胞分裂并復(fù)制其DNA中編碼的指令時，DNA會展開并變得容易受到必須修復(fù)的損傷。有時修復(fù)DNA的過程也會導(dǎo)致突變和錯誤。當(dāng)這些錯誤累積時，細(xì)胞??可以獲得癌癥的特征。

“編輯DNA的過程是由特定的酶 - 蛋白質(zhì)在DNA上起作用來解決錯誤的，”Rosenberg說，他也是賴斯生物科學(xué)系的兼職教授。她說DNA修復(fù)通常需要幾個步驟才能完成。在原始DNA和最終產(chǎn)物之間，細(xì)胞產(chǎn)生DNA反應(yīng)中間體，這對于反應(yīng)是至關(guān)重要的，但是難以研究，因為它們僅在幾分之一秒內(nèi)存在，因為酶催化一個分子變成另一個分子。

“中間分子是生化反應(yīng)中最重要的部分，”羅森伯格說，他在貝勒分子與人類遺傳學(xué)，分子病毒學(xué)與微生物學(xué)，生物化學(xué)與分子生物學(xué)系任職。“他們定義了反應(yīng)是什么以及它將如何進行。但是因為它們是短暫的和難以捉摸的，所以很難研究它們，特別是在活細(xì)胞中。我們想要這樣做。我們決定發(fā)明能夠捕獲DNA反應(yīng)的合成蛋白質(zhì)活細(xì)胞中的中間體。“

賴美是賴斯系統(tǒng)，合成和物理生物學(xué)項目的研究生，也是羅森伯格實驗室的研究助理，他承擔(dān)了應(yīng)用能夠捕獲短壽命中間體的合成蛋白的任務(wù)。利用合成生物學(xué)工具，Rosenberg及其同事創(chuàng)建并添加了基因包裝到大腸桿菌中，這是羅森伯格小組和其他人已經(jīng)證明是動物細(xì)胞中遺傳變化的可靠模型。

羅森伯格說，其他研究人員也試圖捕獲中間體，但他們只是成功地進行了一些生化反應(yīng)。

“我們希望使用合成蛋白來研究改變DNA序列的機制，”她說。“我們現(xiàn)在用我的實驗室中的遺傳學(xué)和基因組學(xué)來做到這一點。但基因組學(xué)允許我們將正常細(xì)胞的基因與癌細(xì)胞的基因進行比較，就像閱讀這些過程的化石記錄一樣。我們希望看到真實的 -改變DNA發(fā)生的時間過程，包括所有中間步驟，我們的合成蛋白質(zhì)允許我們及時凍結(jié)并分離。“在他們的測試中，來自貝勒，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校和德克薩斯大學(xué)安德森癌癥中心的Mei，Rosenberg及其同事發(fā)現(xiàn)他們可以發(fā)現(xiàn)基因組不穩(wěn)定的分子機制，這是癌癥的標(biāo)志。在一個例子中，他們發(fā)現(xiàn)了與五種人類癌癥蛋白質(zhì)相關(guān)的蛋白質(zhì)的新作用。然后，他們分析了來自人類癌癥的基因表達(dá)數(shù)據(jù)，并且能夠通過類似的機制暗示五種相關(guān)的人類癌癥蛋白質(zhì)中的兩種潛在地促進癌癥 - 一種先前未涉及的機制。

“對我來說，本文中最激動人心的部分是我們可以從模型中學(xué)習(xí)關(guān)于癌癥機制的新內(nèi)容，”新論文的共同第一作者梅說。“即使細(xì)菌和人體細(xì)胞非常不同，許多DNA修復(fù)蛋白質(zhì)通過進化得到高度保守;這是研究細(xì)胞如何修復(fù)DNA或積累突變的良好模型。”

羅森伯格及其同事認(rèn)為他們的方法具有顯著的優(yōu)勢。例如，使用合成蛋白質(zhì)，他們能夠識別特定的DNA修復(fù)中間分子，它們在細(xì)胞中的數(shù)量，基因組中的形成速率和位置以及它們參與的分子反應(yīng)。

“最令人興奮的是，我們現(xiàn)在能夠在單個活細(xì)胞中捕獲，繪制和量化瞬時DNA反應(yīng)中間體，”共同第一作者Jun Xia說，他是Rosenberg實驗室和綜合分子與生物醫(yī)學(xué)科學(xué)項目的研究生。貝勒。“這項新技術(shù)幫助我們揭示了基因組不穩(wěn)定的起源。”

“當(dāng)你知道這些反應(yīng)以及每個中間體在改變DNA的機制中所扮演的角色時，你可以考慮制造能阻止它們的藥物，”羅森伯格說。“在未來，我們希望我們能夠設(shè)計出針對阻斷細(xì)胞演變成能力的特定類型癌癥的藥物藥癌細(xì)胞，而不是，或除了，殺死或停止傳統(tǒng)化療的癌癥 細(xì)胞從成長。“