由貝勒大學(xué)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)表了一篇突破性文章，該文章提供了對(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)程的更好理解，通過(guò)該過(guò)程，陽(yáng)光誘導(dǎo)的DNA損傷被細(xì)胞中的分子修復(fù)機(jī)器識(shí)別為需要修復(fù)。

來(lái)自太陽(yáng)的紫外線是一種普遍存在的致癌物質(zhì)，可以對(duì)細(xì)胞DNA造成結(jié)構(gòu)性損傷。由于DNA攜帶細(xì)胞功能的重要藍(lán)圖，未能及時(shí)清除和恢復(fù)受損部分的DNA可能會(huì)產(chǎn)生不利后果并導(dǎo)致人類(lèi)皮膚癌，首席作者Jung-Hyun Min博士說(shuō)，他是副教授。貝勒藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的化學(xué)與生物化學(xué)。

Min和她的團(tuán)隊(duì)展示了修復(fù)蛋白 Rad4 / XPC 如何與一種這樣的紫外線誘導(dǎo)的DNA損傷--6-4光產(chǎn)物結(jié)合 - 以標(biāo)記DNA上的受損位點(diǎn)，為其余的核苷酸切除修復(fù)(NER)過(guò)程做準(zhǔn)備在細(xì)胞中。

該研究 - “Rad4 / XPC核苷酸切除修復(fù)復(fù)合物對(duì)嘧啶 - 嘧啶酮(6-4)光產(chǎn)物識(shí)別的結(jié)構(gòu)和機(jī)制” - 作為“突破性文章” 發(fā)表在核酸研究雜志(NAR)上。

突破性文章提出了高影響力的研究，回答核酸研究領(lǐng)域的長(zhǎng)期問(wèn)題和/或開(kāi)辟新的領(lǐng)域和機(jī)械假設(shè)進(jìn)行調(diào)查。它們是在NAR上發(fā)表的最好的論文，占期刊收到的論文的1%到2%。

Min說(shuō)，紫外線通過(guò)產(chǎn)生稱為鏈內(nèi)交聯(lián)損傷的細(xì)胞DNA損傷來(lái)威脅基因組的完整性。這些病變的兩種主要類(lèi)型是環(huán)丁烷嘧啶二聚體(CPD)，其占這種損傷的約70%; 和6-4光產(chǎn)物(6-4PP)，占約30%。

Min表示，負(fù)責(zé)清除這些病變的細(xì)胞DNA修復(fù)系統(tǒng)(NER)對(duì)6-4PP的作用比CPD快得多。這是因?yàn)閱?dòng)NER的DNA損傷感應(yīng)蛋白(稱為Rad4 / XPC)在識(shí)別6-4PP時(shí)比識(shí)別CPD更有效。

一旦病變被Rad4 / XPC結(jié)合，它就可以被NER途徑除去。NER適用于從酵母到人類(lèi)的所有生物。Min說(shuō)，Rad4 / XPC蛋白如何識(shí)別病變以及導(dǎo)致識(shí)別效率差異的原因尚不清楚。

該團(tuán)隊(duì)首先使用稱為X射線晶體學(xué)的技術(shù)確定了與含有6-4PP損傷的DNA底物結(jié)合的Rad4蛋白的三維結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)顯示蛋白質(zhì)向外翻轉(zhuǎn)含有6-4PP的DNA部分，從而“打開(kāi)”DNA雙螺旋。這伴隨著DNA鏈的嚴(yán)重解捻和彎曲。

然而，Min說(shuō)，蛋白質(zhì)直接接觸不是DNA的受損部分。

相反，蛋白質(zhì)特異性結(jié)合與損傷相對(duì)的DNA的健康位。這表明該蛋白質(zhì)原則上可以與CPD以及已知被Rad4 / XPC識(shí)別的其他環(huán)境誘導(dǎo)的DNA損傷結(jié)合。但它無(wú)法直接解釋為什么病變之間的識(shí)別效率可能不同。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，Min隨后與紐約大學(xué)的Suse Broyde博士合作，利用分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算模擬了Rad4最初可能鎖定含有6-4PP或CPD的DNA的過(guò)程。

模擬研究表明，蛋白質(zhì)容易與6-4PP結(jié)合，在損傷部位解開(kāi)，彎曲并部分“打開(kāi)”DNA。但值得注意的是，含CPD的DNA抵抗了6-4PP容易發(fā)生的解捻和彎曲。

總而言之，該團(tuán)隊(duì)能夠組裝一個(gè)三維分子軌跡，描繪了Rad4 / XPC在DNA“開(kāi)放”過(guò)程中的關(guān)鍵步驟，并揭示了6-4PP和CPD不同識(shí)別背后的原因。

敏認(rèn)為，這些核苷酸切除修復(fù)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)可以提供超出理解紫外線引起的損傷的益處，因?yàn)镹ER也是修復(fù)大部分環(huán)境誘導(dǎo)的DNA損傷的重要途徑 - 包括由工業(yè)污染物，香煙煙霧甚至一些化學(xué)治療引起的藥物。

“NER的標(biāo)志是它可以修復(fù)非常廣泛的DNA損傷。這對(duì)我們的基因組如何免受環(huán)境造成的DNA損傷非常重要，”Min說(shuō)。

“雖然已知數(shù)十年這種Rad4 / XPC蛋白能夠非常有效地識(shí)別6-4PP，但是沒(méi)有結(jié)構(gòu)可以顯示它如何真正與病變結(jié)合，以及為什么識(shí)別與CPD等病變相比如此有效，“ 她說(shuō)。“基本上，我們的研究很好地填補(bǔ)了這個(gè)缺失的空白，并詳細(xì)說(shuō)明了該機(jī)制必須具備的內(nèi)容。”

雖然這項(xiàng)研究表明Rad4 / XPC如何與DNA雙鏈體中的損傷結(jié)合，但是如果蛋白質(zhì)在細(xì)胞中組織緊密(稱為染色質(zhì))，那么蛋白質(zhì)如何能夠發(fā)現(xiàn)這種損傷仍然是未知的。

Min說(shuō)，染色質(zhì)中的大部分DNA都纏繞著稱為組蛋白的蛋白質(zhì)，以及Rad4 / XPC如何繞過(guò)來(lái)尋找病變是另一個(gè)謎。

此外，她說(shuō)Rad4 / XPC將如何招募修復(fù)途徑的下一個(gè)參與者，稱為轉(zhuǎn)錄因子II H復(fù)合物(TFIIH)是未知的，這對(duì)于在其他蛋白質(zhì)到來(lái)之前驗(yàn)證損傷并實(shí)際切除受損部分非常重要。

“我們希望我們發(fā)現(xiàn)的知識(shí)可以幫助解決人類(lèi)健康方面的重大問(wèn)題，”敏說(shuō)。“這就是我們想象我們可以提供幫助的方式 - 了解事物如何與完整的三維結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)協(xié)同工作。”