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通过解开基因修复之谜科学家们发现了生物学规则的一个例外

2019-03-05 15:19:38 • 来源：

大约15年前，UNC Lineberger的Dale Ramsden博士在他们偶然发现一个科学之谜时，正在和他的一个学生一起看教科书。书中的一小部分表明，有助于修复遗传密码中主要断裂的蛋白质是通过添加DNA或脱氧核糖核酸来实现的。然而，有迹象表明它至少在试管中也可以添加RNA或核糖核酸。在活细胞中修复DNA时，这似乎不太可能发生，因为RNA通常仅用作携带遗传密码信息以制造蛋白质的信使。

“你会认为他们必须在修复我们的遗传密码时才添加DNA，因为这是生命中心教条的核心;遗传信息必须始终是DNA，”Ramsden说，他是UNC学院的教授。医学生物化学与生物物理系。“这就是它应该的方式。这就是我们在学校里所教的。”

快进到今天，正如拉姆斯登实验室在科学期刊上发表的一项重要研究表明，在活细胞中，这种蛋白质是一种称为聚合酶的遗传修复和复制工具，在我们修复DNA遗传密码。他们的研究还揭示了为何使用RNA的令人惊讶的见解。

“我们用了15年的时间来获得我们需要的系统才能真正提出可以解决这个谜团的问题，”拉姆斯登说。

为了修复主要的DNA断裂，细胞使用“免于监狱”卡

拉姆斯登是一位研究DNA修复的科学家，当细胞受到紫外线辐射，吸烟或意外地在细胞的日常功能中受损时，过程细胞承诺修复遗传密码。DNA修复是必不可少的，当DNA修复功能不正常时，它可能会导致癌症。Ramsden特别感兴趣的是修复双链断裂的方法 - 当两条DNA链断裂时发生 - 称为非同源末端连接。

“他们对牢房是致命的，所以你必须修理它们，”拉姆斯登说。“当(修复)变坏时，它会产生各种基因重排和畸变，这些都是大多数癌症的标志。”

他们的最新研究表明，为了修复双链断裂，负责修复双链断裂的DNA错误的聚合酶基本上通过使用RNA插入遗传密码中的孔来修补修复。

他们发现，通过非同源末端连接过程完成的修复中有多达65%使用RNA。

拉姆斯登表示，使用RNA就像是“从监狱中取出卡片”，允许细胞忽略其他可能影响成功修复的问题。

“我们展示的是，添加RNA有助于绕过其他损害，”拉姆斯登说。“他们不必遵循他们通常习惯要求修复休息的严格规则。替代方案是不修复它，这将导致更多的错误。”

研究人员评估基因修复发现的应用

该研究继续描述RNA插入后的修复过程，以及在细胞中使用的不同方式，包括在创建可识别许多不同入侵病原体的多种白细胞的过程中 - 这一过程需要双链在我们的遗传密码中。

拉姆斯登和他的同事之所以能够做出这一发现是因为有几项技术进步，包括能够在修复过程中用DNA替换RNA之前的短时间内快速可视化修复过程。

“我们几乎可以实时跟踪修复反应，因为它发生在细胞中，”拉姆斯登说。

他们相信他们的发现有许多应用，包括通过防止这种类型的修复，通过放射疗法使癌细胞对DNA损伤敏感的新方法。通过在断裂处插入除RNA之外的化合物来关闭修复途径将导致被放射疗法损坏的癌细胞死亡。

拉姆斯登说，这不仅是他职业生涯的一个重大发现，而且这也是他的研究第一次与他女儿在学校学习的东西直接相关，在这个案例中，是十年级生物学。

“我要去，'我有一个故事给你，'”他说。

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