我們都知道，紫外線（UV）會(huì)損傷DNA。但現(xiàn)在研究人員發(fā)現(xiàn)，在特定的背景下，它也能介導(dǎo)一種非酶性的DNA損傷修復(fù)。這種影響可能在生物系統(tǒng)的早期進(jìn)化中起到了重要的作用。

太陽光的紫外線部分，可觸發(fā)DNA分子（構(gòu)成了我們細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)）中的光化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)可能導(dǎo)致DNA結(jié)構(gòu)的變化，從而導(dǎo)致某些突變，引起細(xì)胞死亡或促進(jìn)腫瘤發(fā)生?，F(xiàn)在，慕尼黑大學(xué)（LMU）研究人員，在生物有機(jī)化學(xué)主任Thomas Carell教授和生物分子光學(xué)教授Wolfgang Zinth的帶領(lǐng)下證明，DNA本身可以通過一種非酶促機(jī)制（本身是依賴于紫外線），來修復(fù)最常見的紫外線介導(dǎo)的損傷類型。這項(xiàng)新研究發(fā)表在最近的美國化學(xué)學(xué)會(huì)雜志（Journal of the American Chemical Society）。

細(xì)胞具有各種各樣復(fù)雜的、以酶為基礎(chǔ)的機(jī)制，可用于修復(fù)損壞的DNA，今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予三名研究人員，獎(jiǎng)勵(lì)他們對(duì)這些機(jī)制的研究貢獻(xiàn)?，F(xiàn)在，Zinth和Carell帶領(lǐng)的研究小組，首次發(fā)現(xiàn)了序列依賴性修復(fù)機(jī)制的實(shí)例，根本不需要酶的參與。

序列特異性修復(fù)

DNA雙螺旋包含兩條彼此纏繞在一起的螺旋線。這種結(jié)構(gòu)是由所謂的堿基（從每一條鏈伸出來的平面結(jié)構(gòu)）之間的相互作用支撐的。相反鏈上的堿基，可以與另一條鏈的堿基，以特定的方式進(jìn)行配對(duì)，通過形成所謂的氫鍵穩(wěn)定這種配對(duì)：每一個(gè)腺嘌呤（A）與相反鏈上的胸腺嘧啶（T），每一個(gè)鳥嘌呤（G）和胞嘧啶（C）。這種堿基配對(duì)機(jī)制是DNA復(fù)制過程中的一個(gè)重要元素。

紫外線輻射與DNA之間的相互作用所產(chǎn)生的損傷，最常見的類型是所謂的環(huán)丁烷嘧啶二聚體（CPD），在這種損傷中，同一條鏈相鄰的胸腺嘧啶相互連接在一起。但是紫外線也會(huì)產(chǎn)生短暫的、帶電的和高活性的化學(xué)物質(zhì)，稱為同一條鏈相鄰堿基之間的自由基，就像Zinth和Thomas Carell在新的研究中所論證的。Wolfgang Zinth說：“人們一直認(rèn)為，這些自由基對(duì)，會(huì)繼續(xù)導(dǎo)致進(jìn)一步的損傷。然而，現(xiàn)在我們表明，在特定堿基組合之間形成的自由基對(duì)，可以修復(fù)已經(jīng)發(fā)生的損傷。”這個(gè)修復(fù)過程的驅(qū)動(dòng)力，由所涉及的堿基所提供的。在一個(gè)CPD旁邊形成的自由基對(duì)，能夠借助于一個(gè)電荷轉(zhuǎn)移過程修復(fù)它。

Thomas Carell說：“與所有其他已知的修復(fù)機(jī)制形成對(duì)照，這種修復(fù)模式是DNA本身內(nèi)在的。它不依賴于酶的干預(yù)。”然而，這種新的機(jī)制是高度依賴于序列背景的，并且只對(duì)一小部分的DNA序列起作用。研究人員還發(fā)現(xiàn)，它對(duì)GATT序列（當(dāng)TT序列形成一個(gè)CPD時(shí)）起作用，現(xiàn)在研究人員正在計(jì)劃進(jìn)行系統(tǒng)的搜索，以確定這一機(jī)制可起作用的所有序列背景。

在生命起源過程中的作用

這一發(fā)現(xiàn)表明，紫外線對(duì)DNA有雙重作用。輻射不僅是有害的，它還可以提供一種方法，扭轉(zhuǎn)它所造成的一些損害。這種迄今未知的機(jī)制，可能在生物系統(tǒng)的早期進(jìn)化中發(fā)揮了重要作用。Wolfgang Zinth指出：“能夠自我修復(fù)的序列，比其他序列更能抵抗強(qiáng)烈的紫外線輻射。在原始時(shí)代，當(dāng)核酸第一條鏈被組裝成有功能的序列時(shí)，地球表面不斷暴露在非常高通量的UV當(dāng)中。在第一個(gè)有生活力的原生生物結(jié)構(gòu)出現(xiàn)期間，這可能作為一個(gè)重要的選擇因素，肯定對(duì)它們的進(jìn)化起著決定性的作用。”