Nature子刊揭示DNA剪刀的秘密
日期：2014-12-10 09:02:05
科學家們通過低溫冰凍定格了差不多兩百個生物學結構，首次為人們展示了DNA雙鏈斷裂的整個過程。
西班牙國家癌癥研究所（CNIO）的研究團隊開發了一種特別的生物學晶體制造技術，首次觀察到了DNA雙鏈斷裂的全過程。他們通過計算機模擬，將這個微秒級的過程展現在人們眼前。這一成果發表在十二月八日的Nature Structural & Molecular Biology雜志上。
“我們知道這些雙鏈斷裂是由內切酶負責的，但還不了解它的確切工作機制，”領導這項研究的Guillermo Montoya說。“我們描述了內切酶I-Dmol介導這種基礎反應的詳細動態。這些結果可以推廣到負責DNA斷裂的其他內切酶上。”
DNA斷裂出現在許多至關重要的生命過程中，比如突變、合成、重組和修復。了解這個過程的準確機制能為許多生物技術應用提供幫助，包括校正突變治療罕見的遺傳性疾病、構建轉基因生物等等。
內切酶是一個高度特化的動態體系，它們的切割功能就好比一個特殊的裁布機，只有當特定顏色組合的布料通過時才進行剪切。
研究人員對Desulfurococcus mobilis 的歸位內切酶I-Dmol進行研究，著重觀察了I-Dmol活性位點發生的構象改變。I-Dmol活性區域含有氨基酸，相當于是斷開DNA的刀片。
他們通過調節溫度和PH平衡，將一個通常幾微秒的化學反應延長到了十天，并在這些條件下，獲得了整個過程的慢動作影像。
“我們利用鎂離子來觸發酶促反應，隨后制成生物學晶體并將其-200ºC冷凍，”Montoya說。“我們以這種途徑收集了185種晶體結構，捕捉到了DNA雙鏈斷裂時每一步發生的構象改變。”
最后，研究人員通過計算機分析，闡明了DNA雙鏈斷裂的七個中間階段。“我們為此感到非常振奮，因為闡明DNA雙鏈斷裂的具體機制，可以幫助人們重新設計這些內切酶。這樣的精確分子剪刀，將成為基因組編輯的實用工具，”他總結道。
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