從癌癥治療到日光照射,輻射和毒素都會嚴重破壞有害和健康細胞中的DNA。盡管人體已經(jīng)進化出可以有效治療和恢復受損細胞的方法,但人們對這種自然修復的機制仍不甚了解。
在一項新研究中,西北大學的研究人員已使用低溫電子顯微鏡(cryo-EM)通過闡明DNA斷裂感測和修復的神秘循環(huán)來形象化此過程。研究人員認為,這些新信息可能會成為了解細胞如何對化學療法和放射線產(chǎn)生反應的基礎,甚至可能導致改善癌癥的治療方法。
該研究于4月14日星期三發(fā)表在《自然》雜志上,為蛋白質(zhì)如何協(xié)同工作以鑒定和解決DNA雙鏈斷裂(DSB)提供了新的見解。
當發(fā)生雙鏈斷裂或DSB(最嚴重的DNA損傷形式)時,修復途徑可能會在斷裂位點插入或刪除基因,或可能在整個鏈中重新排列基因。在發(fā)生染色體重排的情況下,災難性變化可能導致癌癥的發(fā)展。
使用cryo-EM,研究人員可以獲得原子分辨率的大分子結構的3D圖像。溫伯格文理學院分子生物科學助理袁和認為,cryo-EM對動態(tài)機械成像的能力“遠遠超出了其他結構生物學技術的能力”。
通過在各個過渡階段對DNA-蛋白質(zhì)復合物進行成像,He的團隊可以鑒定并創(chuàng)建細胞修復途徑的模型。
該研究的通訊作者何說:“有很多因素共同作用來消除這個缺口。”“我們正在采用最直接的方法來解決問題-通過在蛋白質(zhì)識別和修復斷裂時觀察它們。”
結果模型表明,有時DSB識別復合體的兩個副本可以結合在一起,并在復合體發(fā)出信號通知其他因素到達斷裂位點時橋接DSB。在另一種基本狀態(tài)下,蛋白質(zhì)將DNA的兩條鏈對齊,以使連接酶進入并密封切口。然后,實驗室提出了該途徑的模型,展示了DNA在狀態(tài)之間轉移時如何橋接和對齊。
[視頻]當DNA蛋白質(zhì)結構的底部組件受到壓力時,DNA鏈被橋接到緊密靠近的位置。一旦組件恢復到更放松的狀態(tài),運動就會將兩條DNA鏈連接在一起。
“眼見為實”是分子生物學中的一句話,他認為直接適用于他的研究。通過直接觀察優(yōu)雅的過程,觀察者可以輕松地建立連接并了解復雜系統(tǒng)如何協(xié)同工作。但他說,在使用這項技術之前,它類似于盲人通過觸摸識別大象。
標簽: DNA
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