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(jí)膠水，并創(chuàng)造了一個(gè)特殊的愈合區(qū)，將松散的DNA末端固定在一起，讓DNA修復(fù)啟動(dòng)。這一發(fā)現(xiàn)揭示了DNA損傷修復(fù)的關(guān)鍵一步，為癌癥治療提供了有價(jià)值的見解。研究結(jié)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(xué)物質(zhì)、自由基等。最嚴(yán)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(xì)胞必須確保斷裂的鏈不會(huì)分離，并能重新連接。

“細(xì)胞如何阻止斷裂的DNA末端分離一直是個(gè)謎。我的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這要?dú)w功于一種名為PARP1的蛋白質(zhì)，它長(zhǎng)期以來一直被認(rèn)為是DNA損傷的傳感器，”Alberti教授解釋說。

“單個(gè)PARP1分子檢測(cè)到雙鏈DNA斷裂，并相互連接，形成一種可以被視為水下超級(jí)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(xì)胞的其他部分分離。這種膠水形成了一個(gè)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(fù)蛋白發(fā)揮作用”。

**反應(yīng)和蛋白警戒線

PARP1就像事故現(xiàn)場(chǎng)的**反應(yīng)者。它的工作是沿著DNA行進(jìn)并巡邏，不斷尋找受損的DNA。一旦定位到雙鏈斷裂，它就會(huì)發(fā)出警報(bào)，呼叫DNA修復(fù)蛋白來處理損傷。

“我們可以確定DNA損傷修復(fù)位點(diǎn)形成的確切分子事件，但PARP1凝聚只是一個(gè)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(xì)胞核環(huán)境的其余部分隔離開來。人們可以把它想象成**個(gè)確定事故現(xiàn)場(chǎng)并封鎖該地區(qū)的響應(yīng)者。這讓分子修復(fù)者在一個(gè)安全的空間里完成他們的工作，并迅速修復(fù)損壞的DNA。

“其中一種修復(fù)蛋白是蛋白質(zhì)FUS，人們?cè)缇椭浪鼤?huì)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(rùn)滑劑一樣，可以軟化膠水，這樣修復(fù)酶就可以進(jìn)入并發(fā)揮作用，”Chappidi博士補(bǔ)充道。

“這是蛋白質(zhì)集體行為的一個(gè)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(shí)現(xiàn)檢測(cè)和逆轉(zhuǎn)DNA損傷的目標(biāo)”。

為了確定其機(jī)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(xué)、馬克斯普朗克分子和細(xì)胞生物學(xué)研究所、海因里希海涅大學(xué)和保加利亞科學(xué)院分子生物學(xué)研究所的科學(xué)家合作。

Chappidi博士解釋說:“我們使用了許多不同的技術(shù)，包括單分子成像、光學(xué)鑷子和定量生物化學(xué)。然而，關(guān)鍵的一步是在一個(gè)可控的無細(xì)胞系統(tǒng)中重現(xiàn)DNA損傷場(chǎng)景?！?/span>

在試管中自下而上地重建DNA損傷位點(diǎn)是這項(xiàng)研究的核心，并使研究小組對(duì)DNA修復(fù)的調(diào)節(jié)機(jī)制有了獨(dú)特的見解。

“由于這是有史以來**次在細(xì)胞外重建如此特定的DNA損傷和修復(fù)場(chǎng)景，我們的論文提供了一個(gè)詳細(xì)的方案，以便其他小組可以利用這個(gè)新系統(tǒng)。我們相信它將成為研究DNA損傷的科學(xué)界的一筆巨大財(cái)富?！?/span>

癌癥治療的新認(rèn)識(shí)

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

“由于其在DNA損傷修復(fù)中的作用，PARP1已經(jīng)成為批準(zhǔn)的癌癥治療的目標(biāo)。抑制PARP1選擇性地殺死癌細(xì)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(chǔ)。我們的數(shù)據(jù)表明，在一個(gè)模型中，癌癥治療會(huì)損害PARP1超級(jí)膠，使其仍然粘在DNA上。通過這種方式，它將為癌細(xì)胞的復(fù)制機(jī)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(xì)地證實(shí)這一機(jī)制，”Alberti教授總結(jié)道。