新發(fā)現(xiàn)：是什么使斷裂的DNA末端不被分離？

研究小組發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)PARP1變成了一種水下超級膠水，并創(chuàng)造了一個特殊的愈合區(qū)，將松散的DNA末端固定在一起，讓DNA修復啟動。這一發(fā)現(xiàn)揭示了DNA損傷修復的關鍵一步，為癌癥治療提供了有價值的見解。研究結果發(fā)表在Cell雜志上．

我們的身體經(jīng)常暴露在損害我們DNA的因素中，比如紫外線、各種化學物質(zhì)、自由基等。最嚴重的DNA損傷類型是DNA斷裂成兩段，即所謂的雙鏈DNA斷裂。我們的細胞必須確保斷裂的鏈不會分離，并能重新連接。

“細胞如何阻止斷裂的DNA末端分離一直是個謎。我的團隊發(fā)現(xiàn)，這要歸功于一種名為PARP1的蛋白質(zhì)，它長期以來一直被認為是DNA損傷的傳感器，”Alberti教授解釋說。

“單個PARP1分子檢測到雙鏈DNA斷裂，并相互連接，形成一種可以被視為水下超級膠水的東西，可以防止兩端分離。我們稱這種膠為condensate，它是一群緊密相連的蛋白質(zhì)和DNA分子，與細胞的其他部分分離。這種膠水形成了一個特殊的愈合區(qū)。它不僅使DNA末端保持在一起，而且讓DNA修復蛋白發(fā)揮作用”。

**反應和蛋白警戒線

PARP1就像事故現(xiàn)場的**反應者。它的工作是沿著DNA行進并巡邏，不斷尋找受損的DNA。一旦定位到雙鏈斷裂，它就會發(fā)出警報，呼叫DNA修復蛋白來處理損傷。

“我們可以確定DNA損傷修復位點形成的確切分子事件，但PARP1凝聚只是一個開始。在它與DNA粘合在一起后，PARP1作為一種酶變得活躍，并招募了一系列下游DNA損傷蛋白，”Nagaraja Chappidi博士解釋說。

PARP1將DNA損傷斷裂與細胞核環(huán)境的其余部分隔離開來。人們可以把它想象成**個確定事故現(xiàn)場并封鎖該地區(qū)的響應者。這讓分子修復者在一個安全的空間里完成他們的工作，并迅速修復損壞的DNA。

“其中一種修復蛋白是蛋白質(zhì)FUS，人們早就知道它會被招募到DNA損傷部位，但它在那里的功能仍然難以捉摸。我們可以證明FUS就像潤滑劑一樣，可以軟化膠水，這樣修復酶就可以進入并發(fā)揮作用，”Chappidi博士補充道。

“這是蛋白質(zhì)集體行為的一個例子。每一種蛋白質(zhì)都有自己的工作，但它們必須合作才能實現(xiàn)檢測和逆轉DNA損傷的目標”。

為了確定其機制，該小組使用了多種高端生化和生物物理方法。他們與來自德累斯頓工業(yè)大學、馬克斯普朗克分子和細胞生物學研究所、海因里希海涅大學和保加利亞科學院分子生物學研究所的科學家合作。

Chappidi博士解釋說:“我們使用了許多不同的技術，包括單分子成像、光學鑷子和定量生物化學。然而，關鍵的一步是在一個可控的無細胞系統(tǒng)中重現(xiàn)DNA損傷場景。”

在試管中自下而上地重建DNA損傷位點是這項研究的核心，并使研究小組對DNA修復的調(diào)節(jié)機制有了獨特的見解。

“由于這是有史以來**次在細胞外重建如此特定的DNA損傷和修復場景，我們的論文提供了一個詳細的方案，以便其他小組可以利用這個新系統(tǒng)。我們相信它將成為研究DNA損傷的科學界的一筆巨大財富。”

癌癥治療的新認識

這項新研究不僅展示了雙鏈DNA斷裂后的分步時間表，還為癌癥研究界提供了有價值的見解。

“由于其在DNA損傷修復中的作用，PARP1已經(jīng)成為批準的癌癥治療的目標。抑制PARP1選擇性地殺死癌細胞。我們的工作揭示了這些癌癥治療如此成功的分子和物理基礎。我們的數(shù)據(jù)表明，在一個模型中，癌癥治療會損害PARP1超級膠，使其仍然粘在DNA上。通過這種方式，它將為癌細胞的復制機制制造障礙，引發(fā)它們自殺。我們需要更多的研究來更詳細地證實這一機制，”Alberti教授總結道。