百人博士PNAS揭示DNA修复机制

　　

生物通报道，中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理国家重点实验室汪海林研究员与加拿大阿尔伯塔大学Chris  Le和Michael  Weinfeld教授合作找到一种测定DNA构象变化的新方法，揭示了一种DNA修复机制，研究文章DNA wrapping is required for DNA damage recognition in the Escherichia coli DNA nucleotide excision repair pathway发表在PNAS上。

 

人和其他生物常暴露于多种可造成DNA损伤的环境污染物，如紫外光、多环芳烃、重金属元素。如果损伤未能得到适当的修复，可引起基因突变，并有可能进一步引发癌症或造成细胞死亡。幸运的是，虽然我们每天经历DNA损伤但并不一定会发展成为癌症。这种幸运很大程度上来自于奇妙的DNA修复功能，保护我们的细胞以防止突变。令人惊奇的是，同一DNA修复蛋白可识别并修复许多化学结构不同的DNA损伤。DNA修复分子是如何高效率地工作？这一谜团的解开将有助于癌症的预防和治疗，因此在世界范围内科学家们展开广泛的研究。但对DNA构象的研究因缺少好的方法而驻足不前。

 

为实现对DNA损伤的修复，细胞利用一组蛋白质结合于损伤位点，适当地切除含损伤的一段寡脱氧核苷酸，并合成新的片断填补空白。修复后的DNA可恢复到以前的状态。在修复过程中，发生许多复杂但受到良好控制的酶反应。由汪海林研究员及其合作团队的研究将有助于解释一些修复蛋白是如何展示它们可识别多种损伤的独特能力。他们研究了与人修复相似的大肠杆菌(E. coli)修复通路。该修复通路可修复紫外和许多致癌性化合物引起的DNA损伤。研究发现在修复的早期过程中，一种蛋白可将损伤的DNA缠绕于另一种重要的蛋白。DNA缠绕可局部融解DNA的双螺旋结构，使修复酶可接触到损伤部位。

 

该项DNA修复研究工作源于汪海林博士的新发现。最初的设想是利用DNA修复酶作为亲和探针发展同时检测多种DNA损伤的分析方法。在研究中，汪海林博士意外地发现一种DNA修复酶与荧光标记的损伤DNA作用可产生异常高的荧光偏振响应，敏锐地意识到这一特殊现象可能有助于揭示DNA修复的作用机制，因此启动DNA修复机制的研究。在五年的研究中，坚持不懈，克服了生物分离分析和DNA修复机制方面的多个难题，发展出可测定溶液体系中DNA动态构象变化的新方法，并取得了DNA修复机制研究的突破。

 

该研究是一项多学科的交叉研究，国际间的紧密合作为研究的成功提供了可能。除了以上介绍的生物分析和分子毒理研究方面专家，还获得在生物化学和生物物理方面研究者的支持，如美国国立环境健康研究所的Bennett Van Houten博士、纽约大学的Eric Tang博士和蒙大拿大学的Alexander Ross博士。 

 

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DNA wrapping is required for DNA damage recognition in the Escherichia coli DNA nucleotide excision repair pathway

【Abstract】

LocalizedDNAmeltingmay provide a general strategy for recognition of the wide array of chemically and structurally diverse DNA lesions repaired by the nucleotide excision repair (NER) pathway. However, it is not clearwhat causes suchDNAmelting and howit is driven.Here, we show a DNA wrapping–melting model supported by results from dynamic monitoring of the key DNA–protein and protein–protein interactions involved in the early stages of the Escherichia coli NER process. Using an analytical technique involving capillary electro-phoresis coupled with laser-induced fluorescence polarization, which combines a mobility shift assay with conformational analysis, we demonstrate that DNA wrapping around UvrB, mediated by UvrA, is

an early event in the damage-recognition process during E. coli NER. DNA wrapping of UvrB was confirmed by Fo ¨ rster resonance energy transfer and fluorescence lifetime measurements. This wrapping did not occur with readily denaturable damaged DNA substrates (‘‘bub-ble’’ DNA), suggesting that DNAwrapping of UvrB plays an important role in the induction of DNAmelting around the damage site. Analysis of DNA wrapping of mutant UvrB Y96A further suggests that a

cooperative interaction between DNA wrapping of UvrA2B and con-tact of the -hairpin of UvrB with the bulky damage moiety may be involved in the local DNA melting at the damage site.

(生物通 小茜）

 

王海林

博士生导师 中国科学院“****”入选者

研究方向：高灵敏分析仪器研制、生物分离分析、生物分子相互作用分析与环境污染物的DNA损伤与修复研究。

 

现已获得973计划、863计划、多项国家自然科学基金（面上项目、重点基金）、中国科学院重大科研装备研制项目、中国科学院“****”择优支持和973计划前沿项目等资助。现已在多个高水平的国际期刊如Environmental Health Perspectives, Journal of Proteome Research, Chemical Research in Toxicology, Analytical Chemistry, Chemical Communication, Electrophoresis, Journal of Chromatography A 上发表学术论文。其中SCI论文59篇，SCI他人引用260次。