科學家捕捉到 DNA 損傷和修復的令人驚嘆的實時圖像

我們細胞中的 DNA 不斷受到陽光、化學物質、輻射甚至維持身體機能的自然過程的損害。大部分損壞都會很快得到糾正。當這些修復失敗時，由此產生的錯誤可能會導致衰老、癌症和許多其他疾病。

多年來，研究人員一直在努力直接觀察這些修復事件的發生。許多傳統方法需要在不同時間點殺死並保存細胞，導致只能得到孤立的快照，而不是連續的顯示。

一種新的活細胞 DNA 損傷傳感器

烏得勒支大學的科學家現在推出了一種傳感器來改變這種情況。他們的工具使研究人員能夠觀察活細胞以及生物體內損傷的出現和消失。根據發表在《自然通訊》雜誌上的研究，這種能力為以前無法​​進行的實驗開闢了道路。

首席研究員 Tuncay Bubik 將這種方法描述為一種“不破壞細胞”觀察細胞內部的方法。他指出，抗體和納米抗體等常用工具通常與 DNA 緊密結合，這可能會干擾細胞的修復系統。

“我們的傳感器是不同的，”他說。 “它們是由細胞已經使用的正常蛋白質的部分組成的。它們自行進出損傷部位，所以我們看到的是細胞的真實行為。”

熒光傳感器如何工作？

該系統基於一個熒光標籤，該標籤附著在取自細胞中一種蛋白質的小條帶上。該結構域可短暫識別僅出現在受損 DNA 上的標記。由於反應是溫和且可逆的，傳感器可以將光線照射到受損區域，同時保持細胞的修復工作完好無損。

幫助設計和評估該工具的生物學家理查德·卡多索·達席爾瓦（Richard Cardoso da Silva）記得他意識到該工具潛力的那一刻。 “我正在測試一些藥物，發現傳感器在商業抗體亮起的地方亮起，”他說。 “那一刻我就想：這會起作用的。”

DNA修復的持續觀點

與古代方法的對比是驚人的。研究人員現在可以將整個修復序列視為一部連續的電影，而不是進行許多單獨的實驗來捕捉不同的時刻。他們可以追踪損傷何時出現，監測修復蛋白到達的速度，並了解細胞何時解決問題。 “你可以獲得更多的數據、更高的分辨率，最重要的是，可以更真實地了解活細胞內實際發生的情況，”卡多索·達席爾瓦說。

研究小組還在實驗室外測試了傳感器。烏得勒支大學的合作者在線蟲（一種廣泛使用的模式生物）中使用了該工具。該傳感器表現同樣出色，並檢測到蠕蟲發育過程中發生的程序化 DNA 斷裂。對於博貝克來說，這次演示是必要的。 “這表明這個工具不僅適用於實驗室的細胞，也可以用於真實的生物體。”

潛在的應用不僅僅是觀察修復過程。該傳感器的蛋白質結構域可以與其他分子成分結合，使科學家能夠精確定位整個基因組中 DNA 損傷的位點，或識別聚集在受損區域周圍的蛋白質。研究人員還可以重新定位細胞核內受損的 DNA，以測試其位置如何影響修復過程。 “根據你的創造力和問題，你可以通過多種方式使用這個工具，”卡多索·達席爾瓦說。

更好的醫學和藥物研究工具

儘管該傳感器不能治癒疾病，但它可以顯著改善醫學研究。許多癌症治療方法都是通過故意破壞癌細胞的 DNA 來發揮作用，早期藥物開發通常需要精確測量化合物造成的損害程度。

“目前，臨床研究人員經常使用抗體來評估這一點，”博貝克說。 “我們的工具可以使這些測試更便宜、更快、更準確。”該團隊還看到了其在臨床環境中的潛在用途，例如研究正常衰老或檢測輻射或其他誘變劑的暴露情況。

創新已經引起人們的關注。一些實驗室在發表之前聯繫了該團隊，渴望在修復研究中使用該傳感器。為了支持這一需求，研究人員免費提供該工具。 “一切都連接到互聯網，”博貝克指出。 “科學家可以立即使用它。”