新型紫外線介導(dǎo)的DNA修復(fù)模式
紫外線會損害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本身可以通過非酶促修復(fù)最常見的紫外線介導(dǎo)類型之一。機制本身依賴于紫外線。新發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在美國化學(xué)學(xué)會雜志上。
細(xì)胞具有多種復(fù)雜的,基于酶的機制,用于修復(fù)受損的DNA,今年的諾貝爾化學(xué)獎授予三位研究人員,用于闡明這些機制。由Zinth和Carell領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了第一個依賴序列的修復(fù)機制,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形成所謂的氫鍵以特定方式彼此配對,所述氫鍵穩(wěn)定它們:每個腺嘌呤堿基(A)與相反鏈中的胸腺嘧啶(T)配對,并且每個鳥嘌呤(G)與胞嘧啶(C)。這種堿基配對機制是DNA復(fù)制過程中的關(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實際上可以修復(fù)已經(jīng)發(fā)生的損害,”Wolfgang Zinth說。維修過程的驅(qū)動力由所涉及的基地提供。在CPD旁邊形成的成對基團(tuán)能夠通過電荷轉(zhuǎn)移過程對其進(jìn)行修復(fù)。
“與所有其他已知的修復(fù)機制相比,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。然而,該新機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上運行(當(dāng)TT序列形成CPD時),并且現(xiàn)在正在計劃進(jìn)行系統(tǒng)搜索以識別機制運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)的序列實際上比其他序列更能抵抗強烈的紫外線輻射。在益生元時代,當(dāng)核酸的第一鏈被組裝成功能序列時,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,并且必然對它們的進(jìn)化具有決定性作用,“Wolfgang Zinth說。
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