邓子新院士团队揭示DNA抗氧化新机制

　　

生物通报道  近日来自上海交通大学生命学院的研究人员在DNA骨架硫修饰科学领域又取得新进展，揭示了DNA抗氧化损伤的新机制。相关论文“Phosphorothioate DNA as an antioxidant in bacteria”发表在公布在国际知名分子生物学刊物《Nucleic Acids Research》上。

上海交通大学生命学院的邓子新院士及汪志军副教授为这篇文章的共同通讯作者。博士研究生谢新强和副研究员梁晶丹为论文共同第一作者。邓子新院士早年毕业于华中农业大学，2005年当选为中国科学院院士。邓子新院士长期从事微生物分子生物学研究，在重要类别抗生素生物合成基因克隆、定位、结构功能分析、表达和遗传调控机制、抗生素代谢工程与药物创新、天然产物的生物化学与组合生物合成等方面取得了系统性研究进展。

对DNA的研究是生命科学领域最引人注目的研究内容之一。早在20世纪50年代，科学界就已经确认DNA是生命的遗传物质，它由碳、氢、氧、氮和磷5种元素构成。1953年，DNA分子双螺旋结构的揭示开创了分子生物学的新时代。

在基本的DNA骨架之外，DNA修饰是另一个专门领域。1965年，细菌中DNA甲基化修饰的发现，构成了对DNA结构的重要补充。甲基化修饰可限制外来DNA的入侵，使生物遗传保持稳定性，它在基因表达、基因沉默等方面的作用对分子生物学的发展起到里程碑式的贡献。这一发现开启了DNA甲基化修饰新领域，并由此诞生了一个新的学科——表观遗传学。

2007年，邓子新课题组在一种细菌的DNA骨架上发现了磷硫酰化修饰，其精细结构为“R-构象的磷硫酰”，该发现构成了对DNA结构修饰的又一全新补充。

在新文章中，研究人员通过系统研究磷硫酰化修饰DNA（sDNA）与过氧化物的相互作用揭示sDNA可与多种过氧化物发生氧化还原反应，或使DNA断裂，或发生硫氧互换，或将sDNA氧化成正常DNA。此外，sDNA还可以还原或中和双氧水。显然，这些特性可赋予微生物在氧化逆境中的生存优势。

生物往往需要有氧代谢来高效供能。然而，有氧代谢又常常伴生过氧化物、超氧化物、羟基自由基等，对蛋白质、DNA等生物大分子造成氧化损伤。生物进化出多种机制来清除这些氧化剂，如谷胱甘肽、过氧化物酶、超氧化物歧化酶等。新研究为首次报道硫修饰作为DNA抗氧化损伤的新机制。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Phosphorothioate DNA as an antioxidant in bacteria

Diverse bacteria contain DNA with sulfur incorporated stereo-specifically into their DNA backbone at specific sequences (phosphorothioation). We found that in vitro oxidation of phosphorothioate (PT) DNA by hydrogen peroxide (H2O2) or peracetic acid has two possible outcomes: DNA backbone cleavage or sulfur removal resulting in restoration of normal DNA backbone. The physiological relevance of this redox reaction was investigated by challenging PT DNA hosting Salmonella enterica cells using H2O2. DNA phosphorothioation was found to correlate with increasing resistance to the growth inhibition by H2O2. Resistance to H2O2 was abolished when each of the three dnd genes, required for phosphorothioation, was inactivated. In vivo, PT DNA is more resistant to the double-strand break damage caused by H2O2 than PT-free DNA. Furthermore, sulfur on the modified DNA was consumed and the DNA was converted to PT-free state when the bacteria were incubated with H2O2. These findings are consistent with a hypothesis that phosphorothioation modification endows DNA with reducing chemical property, which protects the hosting bacteria against peroxide, explaining why this modification is maintained by diverse bacteria.

作者简介：

邓子新

微生物学家。上海交通大学教授。1957年3月出生于湖北房县。1982年毕业于华中农业大学微生物专业，1987年获英国EastAnglia大学分子微生物学博士学位。现任上海交通大学Bio-X生命科学研究中心副主任，兼任5个国际刊物编委。2005年当选为中国科学院院士。

长期从事微生物分子生物学研究，在重要类别抗生素生物合成基因克隆、定位、结构功能分析、表达和遗传调控机制、抗生素代谢工程与药物创新、天然产物的生物化学与组合生物合成等方面取得了系统性研究进展,提出了多个国际认同的抗生素生物合成分子机制的理论模型,利用遗传操作高产了重要抗生素，并产生了系列药物衍生物,是我国在微生物代谢途径与代谢工程研究领域的主要学术带头人之一。在众多细菌DNA大分子上首次发现了硫(S)修饰,打开了DNA硫化修饰新领域。

汪志军
副研究员
DNA大分子硫修饰和蛋白组学

2007年任职于上海交通大学微生物代谢教育部重点实验室，致力于DNA硫化修饰领域、微生物蛋白复合物及其功能研究、CMG复合物晶体结构的解析和复制机制等研究。南京农业大学获植物保护专业学士学位；南京农业大学理学院获生化及分子生物学专业硕士学位；曾任教于南通大学化工学院；中国科学院微生物研究所获生化与分子生物学博士学位。在NAR、Electrophoresis、AAC等杂志发表了相关研究论文。
 
研究兴趣和方向：
一、DNA硫化修饰研究
二、CMG复合物晶体结构的解析和复制机制的研究