開發(fā)新的癌癥療法依靠于全新的可視化DNA修復(fù)技術(shù)

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2021-12-30

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人體由數(shù)萬億個(gè)細(xì)胞組成，每一個(gè)細(xì)胞每天都要遭受超過1萬個(gè)DNA損傷。如果細(xì)胞無法修復(fù)這些損傷，那么它們將是災(zāi)難性的，但一種探測和修復(fù)基因損傷的非常精密的機(jī)制正在發(fā)揮作用，以防止DNA突變和癌癥等疾病

　　人體由數(shù)萬億個(gè)細(xì)胞組成，每一個(gè)人源細(xì)胞每天都要遭受超過1萬個(gè)DNA損傷。如果細(xì)胞無法修復(fù)這些損傷，那么它們將是災(zāi)難性的，但一種探測和修復(fù)基因損傷的非常精密的機(jī)制正在發(fā)揮作用，以防止DNA突變和癌癥等疾病。與機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用于高通量顯微鏡的幫助下,在其他技術(shù),研究員芭芭拉·馬丁內(nèi)斯,新陳代謝和細(xì)胞信號組的成員由Alejo Efeyan國家癌癥研究中心(CNIO),連同勞爾Mostoslavsky和他的團(tuán)隊(duì)從馬薩諸塞州總醫(yī)院(美國波士頓)已經(jīng)成功地將DNA修復(fù)機(jī)制的細(xì)節(jié)可視化，并確定了新的修復(fù)蛋白質(zhì)。這些研究結(jié)果是在波士頓設(shè)計(jì)的，在波士頓和馬德里之間開發(fā)的，本周發(fā)表在《細(xì)胞報(bào)告》(Cell Reports)上，可能有助于開發(fā)新的癌癥療法。
　　馬丁內(nèi)斯解釋說，一旦出現(xiàn)DNA損傷，比如DNA雙鏈斷裂，細(xì)胞就會啟動一種名為DNA損傷反應(yīng)的機(jī)制，就像“呼叫緊急服務(wù)”一樣。蛋白質(zhì)迅速結(jié)合受損的DNA，發(fā)送警報(bào)信號，這些信號將被其他專門修復(fù)受損的蛋白質(zhì)識別。
　　化療的目的是通過誘導(dǎo)DNA損傷來殺死腫瘤細(xì)胞，從而導(dǎo)致癌細(xì)胞崩潰和死亡。“通過了解DNA損傷是如何發(fā)生和修復(fù)的，我們將更多地了解癌癥是如何發(fā)展的，以及我們?nèi)绾螌顾?rdquo;任何關(guān)于DNA修復(fù)的新發(fā)現(xiàn)都將有助于開發(fā)更好的癌癥療法，同時(shí)保護(hù)我們健康的細(xì)胞，”馬丁內(nèi)斯說。
　　研究人員開發(fā)了一種新的方法，在CNIO共焦單元設(shè)計(jì)的機(jī)器學(xué)習(xí)分析方法的幫助下，可以以前所未有的細(xì)節(jié)和精度分析這一過程。“到目前為止，追蹤DNA修復(fù)動力學(xué)的一個(gè)限制因素是無法處理和分析由顯微鏡拍攝的圖像產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。”
　　研究人員使用了高通量顯微鏡技術(shù)，可以在誘導(dǎo)基因損傷后獲取數(shù)千張細(xì)胞照片。在第一階段，他們將300多種不同的蛋白質(zhì)引入細(xì)胞，并在一個(gè)單一的實(shí)驗(yàn)中評估它們是否會隨著時(shí)間的推移干擾DNA修復(fù)。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了九種與DNA修復(fù)有關(guān)的新蛋白質(zhì)。
　　但是作者們決定更進(jìn)一步，在產(chǎn)生基因損傷后目測這300種蛋白質(zhì)。為了做到這一點(diǎn)，他們采用了一種經(jīng)典的DNA微輻照技術(shù)——用紫外激光破壞DNA——首次大規(guī)模使用，并分析了研究的300種蛋白質(zhì)的行為。
　　“我們發(fā)現(xiàn)，許多蛋白質(zhì)會粘附在受損的DNA上，而另一些則恰恰相反:它們會遠(yuǎn)離受損的DNA。DNA修復(fù)蛋白質(zhì)的一個(gè)共同特征是，它們要么與受損DNA結(jié)合，要么將自身從受損DNA中移除，從而使修復(fù)蛋白質(zhì)補(bǔ)充到受損DNA中。這兩種現(xiàn)象都是相關(guān)的”。
　　發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)之一是PHF20。作者發(fā)現(xiàn)，這種蛋白質(zhì)在損傷后幾秒鐘內(nèi)就會離開損傷部位，以促進(jìn)53BP1的補(bǔ)充，53BP1是一種對DNA修復(fù)至關(guān)重要的蛋白質(zhì)。沒有PHF20的細(xì)胞不能正確修復(fù)DNA，并且比正常細(xì)胞對輻射更敏感，這表明PHF20對DNA修復(fù)很重要。
　　這些技術(shù)為研究DNA修復(fù)和操縱DNA提供了新的機(jī)會。“一個(gè)優(yōu)勢是，這兩個(gè)平臺都非常通用，可以用來發(fā)現(xiàn)影響DNA修復(fù)的新基因或化學(xué)化合物。通過使用能夠直接顯示DNA修復(fù)過程的技術(shù)，我們在最短的時(shí)間內(nèi)評估了數(shù)百種蛋白質(zhì)。”
　　這項(xiàng)工作得到了西班牙科學(xué)與創(chuàng)新部、卡洛斯三世衛(wèi)生研究所、美國國立衛(wèi)生研究院、瑪麗·居里聯(lián)合基金FP7、馬薩諸塞州總醫(yī)院、歐洲研究委員會和加拿大自然科學(xué)與工程研究委員會的資助。
　　參考資料，文章標(biāo)題
　　Assessing kinetics and recruitment of DNA repair factors using high content screens