新型紫外線介導(dǎo)的DNA修復(fù)模式
紫外線會(huì)損害DNA。但LMU研究人員現(xiàn)在表明，它也可以介導(dǎo)一種類型的損傷的非酶修復(fù)，盡管在特定的背景下。這種效應(yīng)可能在生命系統(tǒng)的早期進(jìn)化中起到了至關(guān)重要的作用。太陽(yáng)光的紫外線部分引發(fā)DNA分子中的光化學(xué)反應(yīng)，這些DNA分子構(gòu)成我們細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)。這些反應(yīng)可導(dǎo)致DNA結(jié)構(gòu)的改變，這導(dǎo)致可能導(dǎo)致細(xì)胞死亡或促進(jìn)腫瘤發(fā)生的突變。由生物有機(jī)化學(xué)主席Thomas Carell教授和生物分子光學(xué)教授Wolfgang Zinth領(lǐng)導(dǎo)的LMU研究人員現(xiàn)已表明，DNA本身可以通過(guò)非酶促修復(fù)最常見(jiàn)的紫外線介導(dǎo)類型之一。機(jī)制本身依賴于紫外線。新發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志上。
細(xì)胞具有多種復(fù)雜的，基于酶的機(jī)制，用于修復(fù)受損的DNA，今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予三位研究人員，用于闡明這些機(jī)制。由Zinth和Carell領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)依賴序列的修復(fù)機(jī)制，它根本不需要酶的參與。
序列特異性修復(fù)
DNA雙螺旋由兩條彼此纏繞的螺旋線組成。這種結(jié)構(gòu)通過(guò)所謂的基底 - 從每條鏈伸出的平面結(jié)構(gòu) - 之間的相互作用而結(jié)合在一起。相反鏈上的堿基可以通過(guò)形成所謂的氫鍵以特定方式彼此配對(duì)，所述氫鍵穩(wěn)定它們：每個(gè)腺嘌呤堿基(A)與相反鏈中的胸腺嘧啶(T)配對(duì)，并且每個(gè)鳥(niǎo)嘌呤(G)與胞嘧啶(C)。這種堿基配對(duì)機(jī)制是DNA復(fù)制過(guò)程中的關(guān)鍵因素。
由UV輻射與DNA相互作用產(chǎn)生的最常見(jiàn)類型的損傷是所謂的環(huán)丁烷 - 嘧啶二聚體(CPD)，其中相同鏈中的相鄰胸腺嘧啶連接在一起。但正如Zinth和Thomas Carell在新論文中所展示的那樣，紫外線也會(huì)產(chǎn)生短暫的，帶電的和高反應(yīng)性的化學(xué)物質(zhì)，稱為同一鏈中相鄰堿基之間的自由基。“人們一直認(rèn)為這些自由基繼續(xù)引發(fā)進(jìn)一步的破壞。但是，我們現(xiàn)在已經(jīng)證明，在特定的基礎(chǔ)組合之間形成的自由基對(duì)實(shí)際上可以修復(fù)已經(jīng)發(fā)生的損害，”Wolfgang Zinth說(shuō)。維修過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力由所涉及的基地提供。在CPD旁邊形成的成對(duì)基團(tuán)能夠通過(guò)電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。
“與所有其他已知的修復(fù)機(jī)制相比，這種修復(fù)方式是DNA本身固有的。它不依賴于酶的干預(yù)，就像所有其他已知病例一樣，”Thomas Carell說(shuō)。然而，該新機(jī)制具有高度依賴于上下文的作用，僅適用于少量DNA序列。研究人員已經(jīng)證明它在序列GATT上運(yùn)行(當(dāng)TT序列形成CPD時(shí))，并且現(xiàn)在正在計(jì)劃進(jìn)行系統(tǒng)搜索以識(shí)別機(jī)制運(yùn)行的所有序列上下文。
在益生元進(jìn)化中可能發(fā)揮作用
這一發(fā)現(xiàn)表明紫外線對(duì)DNA具有雙重作用。輻射不僅是有害的，它還可以提供一種扭轉(zhuǎn)其引起的一些損害的手段。這種迄今未知的機(jī)制可能在生命系統(tǒng)的早期演化中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。“能夠自我修復(fù)的序列實(shí)際上比其他序列更能抵抗強(qiáng)烈的紫外線輻射。在益生元時(shí)代，當(dāng)核酸的第一鏈被組裝成功能序列時(shí)，地球的表面經(jīng)常暴露于非常高的通量紫外線。這可能是第一個(gè)可行的原生物結(jié)構(gòu)出現(xiàn)期間的主要選擇因素，并且必然對(duì)它們的進(jìn)化具有決定性作用，“Wolfgang Zinth說(shuō)。
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