新型紫外线介导的DNA修复模式

紫外线会损害DNA。但LMU研究人员现在表明，它也可以介导一种类型的损伤的非酶修复，尽管在特定的背景下。这种效应可能在生命系统的早期进化中起到了至关重要的作用。太阳光的紫外线部分引发DNA分子中的光化学反应，这些DNA分子构成我们细胞中的遗传物质。这些反应可导致DNA结构的改变，这导致可能导致细胞死亡或促进肿瘤发生的突变。由生物有机化学主席Thomas Carell教授和生物分子光学教授Wolfgang Zinth领导的LMU研究人员现已表明，DNA本身可以通过非酶促修复最常见的紫外线介导类型之一。机制本身依赖于紫外线。新发现出现在美国化学学会杂志上。

细胞具有多种复杂的，基于酶的机制，用于修复受损的DNA，今年的诺贝尔化学奖授予三位研究人员，用于阐明这些机制。由Zinth和Carell领导的团队现在已经发现了第一个依赖序列的修复机制，它根本不需要酶的参与。

序列特异性修复

DNA双螺旋由两条彼此缠绕的螺旋线组成。这种结构通过所谓的基底 - 从每条链伸出的平面结构 - 之间的相互作用而结合在一起。相反链上的碱基可以通过形成所谓的氢键以特定方式彼此配对，所述氢键稳定它们：每个腺嘌呤碱基(A)与相反链中的胸腺嘧啶(T)配对，并且每个鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)。这种碱基配对机制是DNA复制过程中的关键因素。

由UV辐射与DNA相互作用产生的最常见类型的损伤是所谓的环丁烷 - 嘧啶二聚体(CPD)，其中相同链中的相邻胸腺嘧啶连接在一起。但正如Zinth和Thomas Carell在新论文中所展示的那样，紫外线也会产生短暂的，带电的和高反应性的化学物质，称为同一链中相邻碱基之间的自由基。“人们一直认为这些自由基继续引发进一步的破坏。但是，我们现在已经证明，在特定的基础组合之间形成的自由基对实际上可以修复已经发生的损害，”Wolfgang Zinth说。维修过程的驱动力由所涉及的基地提供。在CPD旁边形成的成对基团能够通过电荷转移过程对其进行修复。

“与所有其他已知的修复机制相比，这种修复方式是DNA本身固有的。它不依赖于酶的干预，就像所有其他已知病例一样，”Thomas Carell说。然而，该新机制具有高度依赖于上下文的作用，仅适用于少量DNA序列。研究人员已经证明它在序列GATT上运行(当TT序列形成CPD时)，并且现在正在计划进行系统搜索以识别机制运行的所有序列上下文。

在益生元进化中可能发挥作用

这一发现表明紫外线对DNA具有双重作用。辐射不仅是有害的，它还可以提供一种扭转其引起的一些损害的手段。这种迄今未知的机制可能在生命系统的早期演化中发挥了至关重要的作用。“能够自我修复的序列实际上比其他序列更能抵抗强烈的紫外线辐射。在益生元时代，当核酸的第一链被组装成功能序列时，地球的表面经常暴露于非常高的通量紫外线。这可能是第一个可行的原生物结构出现期间的主要选择因素，并且必然对它们的进化具有决定性作用，“Wolfgang Zinth说。

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