Science：DNA修复细胞反应图谱完成
生物谷报道：来自5月19日Science杂志上的一篇文章报道：许多细胞过程——包括DNA复制和修复、细胞周期监控、新陈代谢和应激反应，构成了DNA损伤引起的综合反应。该文的作者利用系统生物学方法勾画了当酵母DNA损伤时所激活的转录网络的图谱。
文章作者，来自加州大学圣地亚哥分校的Trey Ideker表示，“我们现在比以前知道了更多的通路的连接，甚至知道了在损伤导致的反应中，信息是怎样在细胞中传输的。”从多角度来看细胞过程——而不是从经典生物学方法中一个基因、一种蛋白的角度，使得研究者可以构建出完整的转录关联的“路线图”，这将帮助科学家们控制DNA损伤引起的细胞反应。
之前科学家们就已经收集了关于DNA损伤是怎样被察觉和修复的机制许多资料，并且前期工作已经证实了除了经典的修复途径外，许多途径在DNA损伤后受到激活，但是关于那些不同的通路是怎样相互关联构成耦联反应的却一无所知。
Ideker和他的同事——由UCSD（加州大学圣地亚哥分校）的Christopher T. Workman , H. Craig Mak，第一次在酵母细胞内寻找参与针对甲基甲磺酸（methyl-methanesulfonate）的细胞反应过程的转录因子。研究人员发现30种转录因子参与了损伤导致的反应。当用MMS处理后，有可能由于它们表达水平的改变导致它们与基因的启动子结合时带来基因表达水平的改变，也有可能由于它们的删除使得细胞从损伤中恢复的能力丧失。
然后研究人员利用ChIP-chip（chromatin immunoprecipitation combined with microarray chip hybridization）技术来验证施用MMS时30种转录因子中每个因子所诱导转录网络结构。通过比较正常生长状态下和MMS处理后，基因、基因—蛋白的相互作用，研究人员绘出了当细胞经历DNA损伤后，转录因子是怎样改变自己的行为的机理图。转录因子的这些改变包括：召集不同的DNA结合基序、改变用于调控的基因、或者改变其与其他转录因子的配对情况。
Ideker和他的同事紧接着用酵母基因敲除的芯片技术（microarray）证明在MMS诱导的情况下，删除一个关键的转录因子是如何改变基因的表达水平的。假如ChIP-chip分析表明转录因子与某一套基因的启动子结合，然后敲除转录因子应该会改变那些基因对MMS的反应。由于转录因子可以影响不与它直接结合的基因，因此研究人员同时也应用了Bayesian模型技术确定可能的中间因子，通过这些中间因子，转录因子可以调控下游基因的活性。
这样得到的转录网络图谱表明转录因子是怎样调控参与MMS损伤反应的82个基因的。该网络的核心是一套已知的参与对DNA损伤进行反应的基因。在这些基因的周围是参与DNA复制和修复、细胞周期中止、应激反应和新陈代谢途径的相互作用网络。“我们现在解释了人们隐含在一个循环图的上下文中的所有途径。”Ideker说。
这项研究成果解决了分子生物学和细胞生物学一个重要问题，并且对研究转录通路的转录后和翻译后机制十分重要。这项重大的研究成果正如来自安大略省多伦多大学的Grant Brown所说的“rigorous sense并不能得到生物学的真理，但是却可以产生更多新奇的想法，获得更多假说，推动实验进程。”
原文出处：
A Systems Approach to Mapping DNA Damage Response Pathways
Science 19 May 2006 312: 1054-1059 [DOI: 10.1126/science.1122088] (in Reports)
| DNA的损伤与修复 －BIOON生物频道 |
细胞内的DNA分子因物理、化学等多种因素的作用使碱基组成或排列发生变化，
若这些变化都表现为基因突变，机体则难以生存。然而生物在长期进化过程中，
细胞或机体形成了多种DNA损伤的修复系统。DNA损伤修复(repair of DNA
damage)是在细胞中多种酶的共同作用下，使DNA受到损伤的结构大部分得以
恢复，降低了突变率，保持了DNA分子的相对稳定性。
（一）光复活
光复活(photo-reactivation)又称光修复(photo-repair)。在可见光照(波长310
～440nm)照射下，光复活酶(photoreacting enzyme)发生作用。在暗处，光复
合酶能识别出因紫外线照射而形成的酶和DNA复合物，但不能解开二聚体，由
光提供能量，才使二聚体解开成为单体，然后酶从复合物中释放出来，完成
修复过程。
这种修复方式虽然普遍，但主要是低等生物的DNA损伤修复的方式。
切除修复又称切补修复，是在一系列复杂酶的作用，促进DNA损伤修补，主要
包括：核酸内切酶识别DNA损伤部位，并在5’端作一个切口，再在外切酶的作
用下从5’端到3’方向切除损伤部位，此后在DNA聚合酶的作用下以损伤处相对
应的互补链为模板合成新的DNA单链片段，填补切除后空下的空隙；最后在连
接酶的作用下将新合成的单链片段与原有的单链以3’,5’磷酸二脂键相连接
完成修复过程。切除修复功能广泛存在于原核生物和真核生物中，也是人类
细胞中DNA损伤切除修复的主要方式之一。
（三）重组修复（recombinational repair）
重组修复又称旁路修复（bypass repair），通过细胞间期DNA合成期来修复损伤。
重组和修复的共同处：都需要核酸内切酶的存在，用于切断DNA双链中一条链；
DNA聚合酶的催化，合成单链DNA片段，弥补DNA链上的缺口；都需要连接酶的作用，把新链和旧链
以共价键连接起来。由于DNA的重组合修复关系密切，故DNA分子的损伤有可能通过DNA分子间的重
组来修复，即重组修复。
重组修复的主要步骤有：
1．复制
含有TT或其他结构损伤的DNA仍然可以正常的进行复制，但当复制到损伤部位时，
子代DNA链中与损伤部位相对应的位置出现切口，新合成的子链比未损伤的DNA链要短。
2．重组
完整的母链与有缺口的子链重组，缺口由母链来的核苷酸片段弥补。
3．再合成
重组后母链中的缺口通过DNA多聚酶的作用合成核酸片段，然后由连接酶是新片段与
旧链连接，至此重组修复完成。
重组修复并没有从亲代DNA中去除二聚体。当第二次复制时，留在母链中的二聚体仍
使复制不能正常进行，复制经过损伤部位时所产生的切口，仍旧要用同样的重组过
程来弥补，随着DNA复制的继续，若干代以后，虽然二聚体始终没有除去，但损伤
的DNA链逐渐“稀释”，最后无损于正常生理功能，损伤也就得到了修复。
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