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了解DNA如何自我修复可能会导致更好的癌症治疗

从癌症治疗到日光照射,辐射和毒素都会严重破坏有害和健康细胞中的DNA。尽管人体已经进化出可以有效治疗和恢复受损细胞的方法,但人们对这种自然修复的机制仍不甚了解。

在一项新研究中,西北大学的研究人员已使用低温电子显微镜(cryo-EM)通过阐明DNA断裂感测和修复的神秘循环来形象化此过程。研究人员认为,这些新信息可能会成为了解细胞如何对化学疗法和放射线产生反应的基础,甚至可能导致改善癌症的治疗方法。

该研究于4月14日星期三发表在《自然》杂志上,为蛋白质如何协同工作以鉴定和解决DNA双链断裂(DSB)提供了新的见解。

当发生双链断裂或DSB(最严重的DNA损伤形式)时,修复途径可能会在断裂位点插入或删除基因,或可能在整个链中重新排列基因。在发生染色体重排的情况下,灾难性变化可能导致癌症的发展。

使用cryo-EM,研究人员可以获得原子分辨率的大分子结构的3D图像。温伯格文理学院分子生物科学助理袁和认为,cryo-EM对动态机械成像的能力“远远超出了其他结构生物学技术的能力”。

通过在各个过渡阶段对DNA-蛋白质复合物进行成像,He的团队可以鉴定并创建细胞修复途径的模型。

该研究的通讯作者何说:“有很多因素共同作用来消除这个缺口。”“我们正在采用最直接的方法来解决问题-通过在蛋白质识别和修复断裂时观察它们。”

结果模型表明,有时DSB识别复合体的两个副本可以结合在一起,并在复合体发出信号通知其他因素到达断裂位点时桥接DSB。在另一种基本状态下,蛋白质将DNA的两条链对齐,以使连接酶进入并密封切口。然后,实验室提出了该途径的模型,展示了DNA在状态之间转移时如何桥接和对齐。

[视频]当DNA蛋白质结构的底部组件受到压力时,DNA链被桥接到紧密靠近的位置。一旦组件恢复到更放松的状态,运动就会将两条DNA链连接在一起。

“眼见为实”是分子生物学中的一句话,他认为直接适用于他的研究。通过直接观察优雅的过程,观察者可以轻松地建立连接并了解复杂系统如何协同工作。但他说,在使用这项技术之前,它类似于盲人通过触摸识别大象。

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