捷克生物物理研究所70周年：从放射生物学到计算生物物理的跨学科演进

《European Biophysics Journal》：European Biophysics Journal - Special Issue Celebrating the 70th Anniversary of the Institute of Biophysics, Czech Academy of Sciences

本期特辑庆祝捷克科学院生物物理研究所(IBP)成立70周年，聚焦其从放射生物学到表观遗传学的科研演进。研究人员通过CD光谱、FRAP等技术探索DNA损伤修复、G-四链体稳定性及p53突变对53BP1招募的影响，揭示了染色质结构与辐射响应的分子关联，为肿瘤放疗策略提供了新视角。

　　

在生命科学领域，生物物理学作为连接物理学、化学与生物学的桥梁，始终推动着人类对生命本质的理解。捷克科学院生物物理研究所(IBP)自1955年成立以来，历经70载科研探索，从早期聚焦电离辐射的放射生物学研究，逐步拓展至染色质结构、DNA损伤修复及表观遗传调控等前沿方向。随着超分辨率显微技术和计算生物物理方法的崛起，该研究所持续揭示着生命分子机器的运作机制，尤其在全球肿瘤治疗与基因组稳定性研究领域贡献卓著。

为系统梳理这一历程，《European Biophysics Journal》推出纪念特刊，通过四篇原创研究与四篇综述文章，全面展示IBP在生物物理方法学（如圆二色谱、FRAP技术等）支撑下的科研突破。研究样本涵盖人类乳腺癌细胞、辐照小鼠模型及嗜盐生物基因组，重点聚焦DNA二级结构动态、辐射诱导的染色质重构及癌症相关蛋白突变等功能机制。

关键实验方法概述

研究团队综合运用圆二色谱(CD)与紫外吸收光谱分析DNA构象转变；通过荧光共振能量转移(FRET)和UV熔解实验评估G-四链体稳定性；利用共聚焦显微镜和分子检测技术观察53BP1蛋白招募及核仁形态变化；结合生物信息学筛选嗜盐生物中G4形成序列的富集特征。

主要研究成果

G/C富集DNA序列的构象平衡研究

Petra Skolakova团队发现，富含鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的DNA在特定pH与环状结构长度条件下，可形成G-四链体(G4)和i-motif(iM)等非典型二级结构。圆二色谱与熔解实验表明，尽管B型双螺旋仍占主导，但环境因素能驱动G4/iM的构象转换，提示其在基因组调控中的潜在功能。

离子强度对DNA结构稳定性的差异化影响

Anne Cucchiarini等人通过FRET实验证实，升高离子强度可同时增强双链DNA和G4结构的稳定性，且对G4的稳定作用更为显著。生物信息学分析进一步发现，嗜盐生物基因组中G4形成序列显著富集，暗示极端环境中DNA结构适应性进化机制。

p53突变体对DNA损伤修复蛋白招募的干扰机制

Paolo Fagherazzi团队针对p53蛋白的R248W、R273C和G245S三种常见错义突变展开研究，发现R248W与R273C突变会损害53BP1及其伴侣蛋白RIF1向DNA双链断裂位点的招募，而G245S突变虽部分保留53BP1定位，却破坏下游BRCA1焦点形成，揭示不同突变对非同源末端连接(NHEJ)修复通路的异质性影响。

辐射诱导衰老中核仁rRNA加工异常

Jana Sochorova课题组在γ射线照射的人乳腺癌细胞模型中观察到，衰老伴随核仁碎裂及非编码rDNA区域产生的多聚腺苷酸化rRNA累积。基因组与转录组分析显示，rDNA序列本身保持稳定，但rRNA加工进程紊乱，为放疗诱导细胞衰老的核仁功能障碍提供了分子解释。

结论与展望

本特刊通过多尺度研究印证了生物物理方法在解析生命过程中的核心价值：从Emil Pale?ek开创的电化学分析到现代单分子成像技术，IBP始终致力于方法学创新与生物学应用的融合。针对DNA结构动态、辐射响应及癌症突变效应的研究，不仅深化了对基因组稳定性维护机制的认识，也为开发靶向G4结构的抗癌药物、优化放疗策略提供了理论依据。Kejnovsky等人提出的“Acytota”生命域概念，进一步倡导将病毒、转座子等非细胞遗传实体纳入进化研究框架，凸显生物物理学在跨越传统学科边界中的独特活力。