这种“圣杯”蛋白质可以修复DNA,并可能产生癌症疫苗
科学家们发现了一种可以直接阻止DNA损伤的蛋白质。更好的是,一项新的研究表明,它似乎是“即插即用”的,理论上可以插入任何生物体,使其成为一种有希望的癌症疫苗候选物。
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DNA损伤反应蛋白C(DdrC)是在一种名为“耐辐射奇球菌”的耐寒小细菌中发现的。DdrC似乎在检测DNA损伤、阻止它并提醒细胞开始修复过程方面非常有效。但是,DdrC最大的特点可能是它非常独立,不需要其他蛋白质的帮助就能完成自己的工作。
加拿大西部大学的研究人员将DdrC基因插入乏味的大肠杆菌后发现,将DdrC基因转移到几乎任何其他生物体中以改善DNA修复系统,应该相对容易。
“令我们非常惊讶的是,它实际上使细菌对紫外线辐射的抵抗力提高了40多倍,”生化学家罗伯特·萨布拉说,他是这篇新论文的第一作者。
“这似乎是一个罕见的例子,你有一种蛋白质,它真的像一台独立的机器。”
不加控制的DNA损伤会导致一系列疾病。例如,紫外线会破坏皮肤细胞中的DNA,增加患皮肤癌的几率。能够预防甚至扭转这种损害可以挽救生命。
“以特定的方式重新排列、编辑和操纵DNA的能力是生物技术领域的圣杯,”萨布拉说。
“如果你有一个像DdrC这样的扫描系统,它可以在你的细胞中巡逻,并在损伤发生时中和它,那会怎么样?这可能成为潜在癌症疫苗的基础。”
耐辐射奇球菌显然是寻找这种工具的地方。这种细菌可以在超过杀死人体细胞剂量数千倍的辐射中存活。
人们发现它可以在国际空间站外存活很长一段时间,甚至可以在与火星表面相当的条件下存活。事实证明,DdrC在这种耐寒性中起着关键作用。
萨布拉说:“对于一个人类细胞来说,如果在整个十亿碱基对基因组中有超过两个断裂,它就不能修复自己,就会死亡。”“但在DdrC的情况下,这种独特的蛋白质帮助细胞将数百个断裂的DNA片段修复成一个连贯的基因组。”
研究人员利用加拿大光源的强大X射线束探测DdrC的三维形状,并弄清楚它是如何发挥其魔力的。
他们发现这种蛋白质沿着DNA扫描,寻找一条或两条链上的损伤。当它发现单链或双链断裂时,它就会与它结合,然后寻找另一个相同类型的断裂。一旦它定位到两条单链断裂,DdrC将结合并固定它们,压缩DNA片段。它对双链断裂做类似的事情,将两个松散的末端缠绕在一起形成一个圆圈 —— 有点像在鞋带上系一个环。
这些修复不仅可以防止损伤恶化,还可以向细胞的DNA修复机制发出信号,让它们来修补断裂。在更好的DNA修复的诸多好处中,适应这种机制可能是基因工程的福音,帮助我们开发癌症疫苗和抗气候变化作物。它的来源可能会有更多新工具。
萨布拉说:“DdrC只是这种细菌中数百种潜在有用蛋白质中的一种。”
“下一步是进一步研究,看看这个细胞还用什么来修复自己的基因组 —— 因为我们肯定会发现更多的工具,在我们看到之前,我们不知道它们是如何工作的,也不知道它们是如何有用的。”
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