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细胞应激时DNA断裂修复的致突变机制

核心提示:Dr. Susan Rosenberg的大部分职业生涯都在研究细菌应激及其引起的突变。日前她终于完成了整个拼图,在Science杂志上发表文章描述了细胞应激时DNA断裂修复的致突变机制,展示了这一精密基因网络中的全部成员。

  【中国生物产业网www.cnbioindustry.cn】2012年12月7日讯  Dr. Susan Rosenberg的大部分职业生涯都在研究细菌应激及其引起的突变。日前她终于完成了整个拼图,在Science杂志上发表文章描述了细胞应激时DNA断裂修复的致突变机制,展示了这一精密基因网络中的全部成员。

  “我们发现整个网络包括93个基因,其中有一大半都经由三个节点汇入下游的突变形成通路,”Baylor医学院分子和人类遗传学教授Rosenberg说,Rosenberg教授是2009年NIH先驱奖的获得者(NIH Director's Pioneer Award)。

  研究人员在这项开创性研究中发现,饥饿或环境恶劣(如抗生素)等应激条件会使突变率增加。在此之前,人们一般认为突变是随着时间推移逐渐累积的持续过程,有些突变是有害的,而有些突变能够帮助生物存活。这项研究对这一观点提出了挑战。

  为了确定引起应激反应的细胞通路,“我们筛查了大肠杆菌(Escherichia coli)发生细胞应激所需的每一个基因,”Rosenberg说。E. coli是实验室中常用来研究细胞基础机制的模式生物,其DNA等元件的工作机制与人类有类似之处。

  研究人员发现,在应激反应过程中,突变并不是修复DNA链断裂的必需过程。若他们在该过程中敲除“易出错”的DNA聚合酶,“DNA能够很好的修复,没有出现突变。”因此,细胞修复DNA并不需要突变,而是DNA修复促使了更多突变的产生。当细胞难以适应环境时,就会产生更多的突变,而且绝大多数突变都是有益的。

  “此前,人们认为应激的致突变机制涉及16个蛋白。”Rosenberg说。“而我们找出了细胞中这一过程所需的所有蛋白。”研究显示,这一蛋白网络中大部分成员是在应激反应的上游起作用,负责“感知”应激条件。而且该网络中存在三个枢纽,即应激反应调控子RpoS、RpoE和SOS。

  目前,研究人员已经了解了应激致突变网络中超过半数的蛋白功能,他们正在对其余蛋白功能进行研究。他们向人们展示了细胞感知环境的特定通路,揭示了应激反应DNA修复的致突变机制及其核心。

  “这项研究证实,应激反应对突变形成有调控作用,在细胞难以适应环境时造成更多突变,让细胞得以较快适应,” Rosenberg。

  在许多生物学领域人们都相继发现了一些大型蛋白网络,但往往难以一一确定这些蛋白在特定生物学过程中所起的作用。而这项研究正是从发现基因网络开始,深入解析了网络中各个蛋白的功能,为人们带来了深远的启示。

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编辑:Cassie.D

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