科學家發現新型DNA修復機制

日期：2015-12-24 08:50:52

我們都知道，紫外線（UV）會損傷DNA。但現在研究人員發現，在特定的背景下，它也能介導一種非酶性的DNA損傷修復。這種影響可能在生物系統的早期進化中起到了重要的作用。

太陽光的紫外線部分，可觸發DNA分子（構成了我們細胞中的遺傳物質）中的光化學反應。這些反應可能導致DNA結構的變化，從而導致某些突變，引起細胞死亡或促進腫瘤發生。現在，慕尼黑大學（LMU）研究人員，在生物有機化學主任Thomas Carell教授和生物分子光學教授Wolfgang Zinth的帶領下證明，DNA本身可以通過一種非酶促機制（本身是依賴于紫外線），來修復最常見的紫外線介導的損傷類型。這項新研究發表在最近的美國化學學會雜志（Journal of the American Chemical Society）。

細胞具有各種各樣復雜的、以酶為基礎的機制，可用于修復損壞的DNA，今年的諾貝爾化學獎授予三名研究人員，獎勵他們對這些機制的研究貢獻。現在，Zinth和Carell帶領的研究小組，首次發現了序列依賴性修復機制的實例，根本不需要酶的參與。

序列特異性修復

DNA雙螺旋包含兩條彼此纏繞在一起的螺旋線。這種結構是由所謂的堿基（從每一條鏈伸出來的平面結構）之間的相互作用支撐的。相反鏈上的堿基，可以與另一條鏈的堿基，以特定的方式進行配對，通過形成所謂的氫鍵穩定這種配對：每一個腺嘌呤（A）與相反鏈上的胸腺嘧啶（T），每一個鳥嘌呤（G）和胞嘧啶（C）。這種堿基配對機制是DNA復制過程中的一個重要元素。

紫外線輻射與DNA之間的相互作用所產生的損傷，最常見的類型是所謂的環丁烷嘧啶二聚體（CPD），在這種損傷中，同一條鏈相鄰的胸腺嘧啶相互連接在一起。但是紫外線也會產生短暫的、帶電的和高活性的化學物質，稱為同一條鏈相鄰堿基之間的自由基，就像Zinth和Thomas Carell在新的研究中所論證的。Wolfgang Zinth說：“人們一直認為，這些自由基對，會繼續導致進一步的損傷。然而，現在我們表明，在特定堿基組合之間形成的自由基對，可以修復已經發生的損傷。”這個修復過程的驅動力，由所涉及的堿基所提供的。在一個CPD旁邊形成的自由基對，能夠借助于一個電荷轉移過程修復它。

Thomas Carell說：“與所有其他已知的修復機制形成對照，這種修復模式是DNA本身內在的。它不依賴于酶的干預。”然而，這種新的機制是高度依賴于序列背景的，并且只對一小部分的DNA序列起作用。研究人員還發現，它對GATT序列（當TT序列形成一個CPD時）起作用，現在研究人員正在計劃進行系統的搜索，以確定這一機制可起作用的所有序列背景。

在生命起源過程中的作用

這一發現表明，紫外線對DNA有雙重作用。輻射不僅是有害的，它還可以提供一種方法，扭轉它所造成的一些損害。這種迄今未知的機制，可能在生物系統的早期進化中發揮了重要作用。Wolfgang Zinth指出：“能夠自我修復的序列，比其他序列更能抵抗強烈的紫外線輻射。在原始時代，當核酸第一條鏈被組裝成有功能的序列時，地球表面不斷暴露在非常高通量的UV當中。在第一個有生活力的原生生物結構出現期間，這可能作為一個重要的選擇因素，肯定對它們的進化起著決定性的作用。”