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2015年,瑞典皇家科学院(Royal Swedish Academy of Sciences)授予托马斯·林达尔(Tomas Lindahl)、保罗·莫德里奇(Paul Modrich)和阿齐兹·桑萨尔(Aziz Sancar)诺贝尔化学奖,以此表彰他们对DNA修复机制的研究。
01
哪些物质损伤DNA?
对DNA修复的研究早在很多年前就已经开始。
20世纪20年代 美国遗传学家赫尔曼·穆勒(Hermann Muller)发现x射线可以突变并杀死细胞; |
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40年代末 阿尔伯特·凯尔纳(Albert Kelner)研究发现细菌在紫外线损伤导致生长停滞后,可见光可以显著促进生长恢复; |
50年代 斯坦利·鲁珀特(Stanley Rupert)证明了DNA修复酶的存在,并可以拯救紫外线照射的DNA; |
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1964年 理查德·塞特洛(Richard Setlow)发现胸腺嘧啶二聚体在紫外线照射后不久就从高分子量的辐射基因组DNA中消失,而是以低分子量的形式出现。他和他的同事威廉·卡里尔(William Carrier)将这一结果解释为胸腺嘧啶二聚体从DNA中被切除。 |
以上先驱的开创性工作表明:紫外线能够诱导DNA损伤,导致细胞生长停滞甚至死亡;使用特定光照能够(部分)修复紫外线的影响。半世纪后的今天,我们已经知道不仅是紫外线,化学毒性物质、药品、病毒、辐射、内源性有毒物质、DNA复制错误等内外多种因素均可造成DNA受损。
02
DNA的修复
DNA中的核糖、碱基以及磷酸二酯键都能成为DNA损伤的部位。常见的DNA损伤包括点突变、缺失、插入、倒位或转位以及双联断裂、碱基破坏、脱落,DNA-蛋白质铰链等。
DNA损伤之后,机体可以通过一些保护措施修复损伤,包括光逆转、切除修复、重组修复等。在这些修复所需要的工具中,DNA聚合酶、DNA连接酶显得十分重要。
▼辨别DNA聚合酶、DNA连接酶▼
1967年,盖勒特、雷曼、理查德森和赫尔维茨实验室发现了DNA连接酶,它是DNA代谢的基本酶,如DNA复制、重配对和重组。DNA连接的第一步是用腺苷-磷酸(AMP)部分对连接酶进行腺苷酰化。随后,AMP部分从连接酶转移到DNA的5'端的磷酸基团。然后,3'端的羟基攻击腺苷5磷酸,在两端之间建立磷酸二酯键,完成连接。
03
NAD+如何参与DNA修复?
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)作为具有通用功能的辅酶,几乎参与了所有能量代谢。除作为循环使用的递电子体,作为被消耗的供体/底物,NAD+参与sirtuins活化、NADPH合成、PARPs激活等途径,发挥从组蛋白修饰到DNA修复的诸多作用。