由于DNA長鏈常常出現(xiàn)單個堿基的缺失或是損傷，因此DNA損傷相當(dāng)常見，每天每個細(xì)胞大約有100萬個分子損害。這些損傷可以造成DNA復(fù)制過程停滯，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。為了避免它，細(xì)胞利用幾個信號通路來繞過損傷繼續(xù)DNA復(fù)制過程。近日來自西班牙巴塞羅那大學(xué)的研究人員利用一些單分子操縱技術(shù)在體外重現(xiàn)了其中的一個過程。相關(guān)研究發(fā)表在11月30日的《科學(xué)》（Science）雜志上。

“早在上世紀(jì)70年代人們就提出了這一信號通路，現(xiàn)在通過操縱單分子我們在噬菌體上證實了它。相比于傳統(tǒng)的生化技術(shù)研究大量的分子，我們的單分子操縱技術(shù)能夠在單分子水平上實時研究單個蛋白的作用機制，”巴塞羅那大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)系教授Maria Manosas說。

為了研究單個分子，研究人員采用了磁性鑷子。這一技術(shù)是將一段DNA發(fā)夾連接在玻璃表面與一個磁珠之間。當(dāng)磁體系統(tǒng)產(chǎn)生磁場時，可操縱磁珠產(chǎn)生磁場力。這一系統(tǒng)是通過檢測磁珠來衡量DNA鏈延伸改變。Manosas說：“通過分子的延伸變化可以推斷出DNA上的蛋白質(zhì)活動。因為發(fā)生這些改變是蛋白質(zhì)在起作用。”

在DNA復(fù)制過程中，兩條DNA模板鏈分開合成互補鏈。新的互補鏈再分別與一條初始鏈聯(lián)結(jié)，從而獲得兩個與初始DNA分子相同的拷貝。在這一過程中，一個稱為聚合酶的酶家族參與完成所有形式的DNA復(fù)制。當(dāng)新生DNA鏈中的任何一條，尤其是前導(dǎo)鏈（leading strand）存在損傷時，聚合酶會停止合成堿基，由此導(dǎo)致復(fù)制過程停滯。Manosas說：“這一過程停滯可引起細(xì)胞生長出現(xiàn)某些問題。當(dāng)這一復(fù)制機制（復(fù)制體）遭受解離時，本研究中分析的旁路過程就會啟動。”

研究初始研究人員將焦點放在一種解鏈酶蛋白（UvsW）上。UvsW能夠促進DNA鏈結(jié)合（這一現(xiàn)象就稱之為DNA雜交），還能夠以未受損的復(fù)制鏈作為模板構(gòu)建一種稱為“霍利迪連結(jié)體”（Holliday junction）的中間結(jié)構(gòu)，與聚合酶一起作用，推動系統(tǒng)回到出發(fā)點，一旦“跳過”損傷，隨后就可以重啟DNA重復(fù)制過程。因此當(dāng)一條鏈?zhǔn)軗p時，可利用另一條完整鏈作為備份恢復(fù)丟失的信息；這一過程就稱之為“模板轉(zhuǎn)換策略”。“在本研究中，我們觀測了這一信號通路的調(diào)控機制，以及解鏈酶UvsW的退火速度，zui快為每秒1500個堿基，” Manosas說。

DNA修復(fù)對大量疾病至關(guān)重要。深入了解這些現(xiàn)象將使我們能夠著手研究某些在人類中具有相似功能的蛋白。Manosas正在這一方向上展開研究，著重解析一種稱作HARP的人類蛋白以了解其作用機制。*，HARP在基因組保守性中起非常重要的作用，它的功能障礙與某些類型的癌癥相關(guān)。