「Cell子刊」每个细胞每天遭受超10000个DNA损伤，研究开发新技术以支持可视化DNA修复

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作者：Ashley

导读：在我们的身体内有上万亿的细胞，每个细胞每天都会遭受超过10000个DNA损伤，为了修复这些损伤，现在有了一种非常精细的检测和修复遗传损伤的机器，近期研究详细可视化了这种DNA修复机器，并鉴定出新的修复蛋白，可以帮助开发新的癌症疗法。

组成人体的万亿细胞中，每一个每天都会遭受超过10000个DNA损伤。如果细胞无法修复它们，这些损伤将是灾难性的，但一种非常精细的检测和修复遗传损伤的机器正在发挥作用，以防止DNA突变和癌症等疾病。在应用于高通量显微镜的机器学习的帮助下，美国国家癌症研究中心(CNIO)Alejo Efeyan领导的代谢和细胞信号小组成员，研究者Bárbara Martínez，以及来自麻省总医院（美国波士顿）的Raul Mostoslavsky及其团队，已经设法详细可视化了这种DNA修复机器，并鉴定出新的修复蛋白。

这些结果是在波士顿设计的，在波士顿和马德里之间开发，并于本周发表在《Cell Reports》上，题为“Assessing kinetics and recruitment of DNA repair factors using high content screens”，可以帮助开发新的癌症疗法。

Martinez解释说，一旦出现DNA损伤，如DNA双链断裂，细胞就会激活一种名为DNA损伤反应的机制，其作用就像“呼叫急救服务”。蛋白质迅速结合受损的DNA发出报警信号，报警信号将被其他专门修复损伤的蛋白质识别。

化疗的目标是通过诱导DNA病变杀死肿瘤细胞，从而引起癌细胞崩溃和死亡。Martinez说：“通过了解DNA病变是如何发生的，以及它们是如何修复的，我们将更多地了解癌症是如何发展的，以及我们如何对抗它。DNA修复的任何新发现都将有助于开发更好的癌症疗法，同时保护我们的健康细胞。”

研究人员开发出了一种新的方法，借助CNIO共聚焦单元设计的机器学习分析方法，使人们能够以前所未有的细节和精确度对这一过程进行分析。“直到现在，追踪DNA修复动力学的一个限制因素是无法处理和分析显微镜拍摄的图像产生的数据量。”

研究人员利用高通量显微镜，在诱导遗传损伤后，可以获得成千上万的细胞图片。在第一阶段，他们将超过300种不同的蛋白质引入细胞，并在单次实验中评价它们是否随着时间的推移干扰DNA修复。这项技术使人们发现了9种参与DNA修复的新蛋白。

但作者决定更进一步，在产生基因损伤后对这300种蛋白质进行视觉监测。为了做到这一点，他们改编了一种经典的DNA微照射技术——首次大规模使用紫外线激光损伤DNA，并分析了所研究的300种蛋白质的行为。

“我们看到许多蛋白质粘附在受损的DNA上，其他的则正好相反：它们远离DNA病变。它们要么结合到受损的DNA上，要么将自己从受损的DNA中移除，让修复蛋白募集到病变处，这是DNA修复蛋白的共同特征。这两种现象都是相关的”。

发现的蛋白质之一是PHF20。作者表明，这种蛋白在损伤后数秒内远离病变，以利于53BP1的募集，53BP1是DNA修复中的关键蛋白。没有PHF20的细胞不能正确修复其DNA，比正常细胞对照射更敏感，表明PHF20对DNA修复很重要。

这些技术为研究DNA修复和操纵DNA修复提供了新的机会。“一个优点是，这两个平台都非常通用，可以用来发现影响DNA修复的新基因或化合物。我们通过使用允许DNA修复直接可视化的技术，在最短时间内评估了数百种蛋白质。”

这项工作得到了西班牙科学及创新部、西班牙卡洛斯三世健康研究所、美国国立卫生研究院、玛丽居里联合基金FP7、麻省总医院、欧洲研究委员会和加拿大自然科学与工程研究委员会的资助。

参考资料：

https://phys.org/news/2021-12-tools-visualize-dna.html

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。