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申搏电脑客户端下载:修复人类DNA损伤 科学家从植物中找到新线索

  来源:科技日报

  生物体包含我们人类每天乡村受到紫外线辐射、自由基和其他化学物质的诱变,造成体内遗传物质DNA的损伤。在DNA损伤修复的过程中,会形成一种十字叉状的DNA连接体——霍利迪连接体,必须将其“拆解”,能力让染色体正确拉拢和复制。然而目前,对于负责“拆解”工作的解离酶,科学界还未能揭开其暗地里暗藏的工作机制。

  近日,福州大学生物药光动力治疗技术国家处所联合工程研究中心林忠辉传授研究团队颁发在国际期刊《自然·化学生物学》上的一项研究,似乎找到了新线索。该课题组以植物叶绿体中的一个霍利迪连接体解离酶——MOC1为研究对象,初次揭示了MOC1的催化机制,对其他种属MOC1悬而未决的底物特异性辨认机制提供了重要启示,为探索人类的DNA损伤修复机制提供重要线索。

  解离酶对于DNA的辨认方式尚不清楚

  “DNA是一种双螺旋状的生物大分子。组成这种双螺旋的基本单元——碱基对,犹如铁道上的一根根枕木,在受到外界电磁辐射、自由基以及各种化学物质的诱变下,碱基会产生交联、断裂以及布局上的改变,从而造成DNA的损伤。”林忠辉补救说,此外,即使没有外界因素干扰,细胞本身在进行DNA复制过程中也会发生制止概率的过失。

  林忠辉指出,

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,DNA损伤后如果未能及时修复会匆忙使机体的遗传信息产生改变即基因突变,从而引发个体生理以及性状的改变甚至死亡。对于人体而言,基因突变会导致先天畸形和癌症。譬喻,在目前所发现的所有恶性肿瘤中,有50%以上癌细胞携带抑癌基因p53的突变。

  然而即便如此,为什么绝大部门生物体仍然可以维持其基因组的不变性而正常保留呢?研究发现,正本机体内拥有一套捍卫系统能够时刻监视并修复着DNA。

  霍利迪连接体在傍边饰演着十分重要的角色,它由英国分子生物学家罗宾·霍利迪于1964年初次发现,是机体在进行DNA同源重组损伤修复过程中,由损伤DNA与模板DNA穿插所形成的一种十字叉状的DNA连接体。

  “在DNA损伤修复完成后,必须在MOC1的作用下解离,

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,从而匆忙使两条同源DNA双链分开从头成为线性DNA。”林忠辉评释说,因此,MOC1是包含噬菌体、细菌、真菌、植物乃至动物等细胞正常成长和不变遗传所必需的一个关键酶,对于一个残缺的DNA损伤修复过程具有十分重要的作用。

  已有的研究剖明,MOC1能够辨别线性、三叉以及十字叉等不同形状的DNA,并能特异地与霍利迪连接体相结合。此外,绝大大都MOC1对于DNA序列的选择“要求”十分严苛。

  “底物DNA序列上的微小差异,

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,甚至是一个碱基的不同,将会导致其催化效率上的巨大分歧。”林忠辉说,然而,

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,目前为止,人们关于MOC1对底物选择性的分子机制其实不清楚,从而阻碍了我们对MOC1乃至整个DNA损伤修复过程的进一步了解。

  三维布局揭示MOC1独特功能

  科技日报记者了解到,针对上述问题,林忠辉团队以植物叶绿体中的MOC1为研究对象,首先通过一系列生化尝试确定了MOC1特异的DNA底物序列,随后支配X-射线晶体学的举措解析了MOC1蛋黑及其与DNA底物形成的复合物的晶体布局。

  “这些晶体布局剖明,MOC1蛋黑在三维布局上与噬热菌RuvC具有高度的相似性,进一步证明了叶绿体是起源于光合细菌的内共生学说。”林忠辉说,研究还揭示了MOC1蛋黑拥有独特的身手,仿佛一双手将MOC1的“腰部”拥抱,而MOC1对DNA序列的特异辨认则通过一个激进的碱基辨认基序实现。

  此外,该研究还发现MOC1的活性中心能同时结合两个金属离子,在催化上依赖于双金属离子催化机制。该大学李金宇传授课题组随后通过分子动力学模拟发现,MOC1对序列的辨认和选择,与金属离子的配位之间存在着紧密的关系。

  记者了解到,该研究结合了布局生物学、计算生物学和生物化学等研究手腕,不仅揭示了MOC1的催化机制,更为重要的是,还针对关于核酸酶如何将DNA序列上的微小差异转化为其催化活性上的巨大不同这一科学问题,立异性地提出了一种双金属离子接济的DNA序列特异选择性机制。

  “尽管本研究的内容所针对的是植物MOC1,但由于MOC1催化机制在包含我们人类在内的动物体中均十分相似,因此,该研究功效也将为探索人类的DNA损伤修复机制提供重要线索,并期望最终为攻陷相关的人类疾病提供制止的理论基础。”林忠辉说。

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