DNA修复店是什么样子的?新的研究确定了这些工具

一组科学家已经确定了受损的DNA分子在人类基因组内是如何修复的，这一发现为我们了解人体如何确保自身健康以及如何应对由受损DNA引起的疾病提供了新的视角。

“我们的发现表明，DNA修复过程是非常稳健的，通过复杂的结构和动态签名来设计断裂发生的地方，”纽约大学物理系助理教授、该研究的资深作者亚历山德拉·齐多夫斯卡(Alexandra Zidovska)解释道。该研究发表在《生物物理杂志》(biophyjournal)上。“这一知识可以帮助我们了解健康和疾病状态下的人类基因组，并可能为增强癌症诊断和治疗提供一条途径。”

引人注目的是，人类基因组由2米长的DNA分子组成，这些DNA分子被包裹在直径10微米的细胞核内。基因组的适当包装对其健康的生物学功能如基因表达、基因组复制和DNA修复至关重要。然而，基因组的结构和功能都对DNA损伤高度敏感，从化学变化到DNA分子，再到众所周知的DNA双螺旋结构的完全断裂。

然而，这种伤害并不罕见。事实上，人类基因组每天经历大约1000次DNA损伤事件，这些损伤可能是自然发生的，也可能是由于化学物质或紫外线辐射(如阳光)等外部因素造成的。

但是，如果不加以修复，DNA损伤可能会对细胞造成毁灭性的后果，Zidovska和该研究的合著者、纽约大学博士生Jonah Eaton指出。例如，未修复的DNA双链断裂可能导致细胞死亡或癌症;因此，DNA修复机制对细胞健康和生存至关重要。

在《生物物理杂志》的研究中，科学家们研究了人类基因组中DNA双链断裂的形成、行为和运动。为此，他们用化学方法诱导活细胞内的DNA断裂，并使用荧光标记追踪这些断裂。在显微镜和机器学习技术的帮助下，他们跟踪了DNA断裂和基因组在空间和时间上的运动。

在对600多个细胞中20000多个DNA断裂的分析中，研究人员发现基因组倾向于改变DNA断裂周围的包装性质。

Zidovska说:“这种DNA修复的新包装状态不同于健康DNA的任何包装状态。”“在DNA断裂周围，我们发现DNA比周围的DNA密度更大，在未凝结的DNA海洋中形成了高度浓缩的DNA小岛。”

此外，他们还观察到，DNA断裂也以一种独特的方式移动——不同于基因组中未受损的部分。围绕在DNA断裂周围的浓缩DNA岛屿比健康DNA移动得更快，然而这些岛屿的移动很大程度上取决于它们的大小。

“人类基因组经常暴露在损害DNA分子的事件中，”齐多夫斯卡指出。“这种细胞有强大的修复过程，可以在引起癌症或其他疾病之前消除这种损伤。现在我们对DNA断裂和未受损DNA的区别有了更好的理解，这不仅让我们对修复过程有了更深入的了解，也为我们在癌症诊断和治疗中的努力提供了信息。”

这项研究得到了美国国立卫生研究院(R00-GM104152)和美国国家科学基金会(CAREER py -1554880, CMMI-1762506)的资助。