科学新发现|眼见为实:人体是怎样修复受损的DNA? 有更新!

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————DNA————****

携带着人体遗传信息,

它的完整性对细胞存活至关重要。

然而,

在生命活动中,

DNA时刻遭受着内源性

(氧化自由基、复制叉崩塌等)

或外源性

(电离辐射、烷化剂等)刺激,

DNA损伤不可避免。

在不同类型的DNA损伤中,

DNA双链断裂损伤(DSBs)

是最为严重的损伤类型。

生理性的DNA双链断裂损伤

会在适应性免疫应答中发挥重要作用,

而病理性DNA双链断裂损伤

则导致细胞生长停滞或癌变。

丹麦哥本哈根大学的研究团队

在人体如何修复受损的DNA方面

取得了非凡的新发现。

这项关于“染色质拓扑稳定化

保护基因组完整性”的新研究于本周

在著名科学杂志-“自然(Nature)”上发表:

这可以帮助人们更好地理解和管理诸如癌症等疾病。

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研究人员经过数年的深入研究,

发现了蛋白质如何稳定受损的DNA,

从而保持我们身体的DNA功能和完整性。

这项新发现还有助于解释

为什么某些蛋白质具有遗传或获得性缺陷的人

不能保持其DNA的稳定并发展出诸如癌症的疾病。

******————**因为————

DNA缺陷

是大多数癌症的根本原因。

简而言之,

称为53BP1和RIF1的两种蛋白质

参与在断裂的DNA链周围构建三维“支架”。

然后,

该支架局部浓缩特殊的修复蛋白,

这些蛋白短缺且是修复错误DNA所必需的。

每天,

人体中成千上万的细胞分裂,

维持其身份要求母细胞

无误地将完整的遗传信息传递给子细胞。

——“这可不是一个小任务”——

研究人体的自然防御机制,

使我们能够更好地了解

某些蛋白质如何交流和网络修复受损的DNA。

哥本哈根大学、牛津大学

和海德堡的欧洲生物学实验室的紧密合作,

才有了可能进行本次突破性的研究,

他们将独特的专业知识和高端技术

(包括分辨率显微镜)。

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为了解在染色质3D结构中

生物体如何保护DNA断裂末端,

研究者对53BP1蛋白进行可视化研究。

当DNA损伤发生时,

53BP1在传统荧光显微镜下形成均匀的球状体,

这与前人的研究报道一致。

而当采用3D-SIM

(三维结构照明显微镜)观察时,

研究者发现DNA断裂处

形成了由4到7个53BP1蛋白亚结构

组成的环形结构(下图1)。

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STED显微镜

(stimulated emission depletion microscopy)

的更高分辨率成像显示,

该53BP1亚结构直径100nm左右,

两个53BP1亚结构的中心

距离接近140nm(下图2)。

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进一步的研究显示,

当DNA损伤发生时,

53BP1首先与该位点的TAD结构序列结合,

形成53BP1-NDs和53BP1 MDs结构。

而当53BP1和RIF1蛋白缺失时,

该环形结构被破坏,

DNA修复蛋白BRCA1弥散在染色质上,

导致DNA断端的过度切除,

影响基因组的完整性(下图3)。

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总体来说,

该研究利用超高分辨率显微技术

发现了53BP1和RIF1

在DNA断端维持染色质3D结构,

限制BRCA1活性,

保护染色体完整性的重要功能。

同时,

该研究展示了染色质3D结构

对DNA损伤修复必要性,

具有非常重要的意义

🔗-知识小链接-🔗

——DNA修复的意义是什么?****——

DNA是细胞中的核心部分,

蕴藏着生物体的所有遗传密码,

所有的遗传密码被称为基因组。

一个细胞中的DNA链抽取出来并拉直,

其长度可超过2米。

人体内的细胞多达数十亿个,

所有细胞的DNA加起来的长度,

可以往返地球和太阳之间250次。

人体细胞的DNA

每天都受到来自外界的猛烈攻击,

如化学反应、宇宙射线和温度变化等,

这些因素都会对DNA造成破坏。

但是,

人体的基因并没有因此变成一堆乱码和降解。

相反,大多数时候,

它们一直循规守纪地在人体内保持完整状态。

原因在于,

人体有一系列DNA修复系统和机制。

DNA修复系统缺失**——是癌症产生的来源。**

DNA修复的机理中,

任何一种出现了问题,

都会导致疾病的发生,如患癌。

此外,

DNA修复系统缺失

还会导致神经退行性疾病,

如老年痴呆等,以及衰老。

这些修复系统随时修正

数以千计因太阳照射、吸烟

或其他有害物质摄入导致的DNA损坏,

对抗每次细胞分裂时

出现的DNA自发性突变倾向。

一旦离开这些DNA修复机制,

人体的基因组将会崩溃,

生病患癌的风险也会上升。

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