科研

重磅!“孤注一掷”的修复机制:拯救染色体严重损伤细胞

Sullivan教授,来源:UCSC

DNA对于细胞的生命是至关重要的,其并严密“包装”于染色体中。细胞会依靠各种DNA修复机制、检查点及其他细胞保护措施等,在细胞生长和分裂的过程中维持染色体的完整性。然而,这些保护措施有时也会失效,如细胞在试图分裂成两个子细胞时可能会出现意外,一条松散的染色体片段可能会从断裂的染色体上“漂移而出”。

加州大学圣克鲁斯分校的细胞和发育生物学教授William Sullivan称之为细胞“最坏的情况”。其潜在的后果包括细胞死亡或癌细胞生长失控。但是,Sullivan教授已经发现,细胞呢还存在一道“背水一战”的机制,以拯救破碎的染色体。

Sullivan实验室的最新研究成果于6月5日发表在Journal of Cell Biology最新研究成果揭示了一项重要的细胞机制,即通过细胞分裂的过程来携带断裂的染色体,使其能够在子细胞中被修复并正常发挥功能。Sullivan教授采用黑腹果蝇研究了这一过程,他的实验室培育了一系列果蝇,其细胞内由于DNA切割酶的表达而产生破碎的染色体。

他表示:“我们实验室的果蝇体内80%的细胞存在DNA双链断裂,而果蝇能够正常生存。细胞内存在这一惊人的修复机制,就像比赛最后关头“孤注一掷”的投篮。”

该机制涉及到创建一个DNA系链(DNA tether),以此作为生命线将破碎的DNA片段与染色体连接。得益于强大的新型显微技术,研究人员能够观察到活细胞修复的整个过程,并以明亮的荧光标记突出显示染色体及其他细胞成分。

当一个细胞分裂时,染色体复制为两组,并为每个子细胞提供一组染色体。随后细胞核周围的核膜使染色体与细胞的其他部分分离,从而分裂。接着两组染色体规则排列,并被称为纺锤体的微管结构拉开,分离到细胞的两侧。之后在每组染色体周围形成一个新的核膜,同时新的细胞膜将两个子细胞分开。

Sullivan教授的研究表明,染色体片段并不与其他染色体一起分离,但在新形成的核膜闭合前被拉入细胞核。Sullivan教授说:“DNA系链似乎使核膜不能闭合,然后染色体片段恰好在最后一刻入核。”

然而,如果这种机制失效,且染色体片段离开细胞核,其后果是可怕的。该片段形成具有自身膜结构的“微核”,并且变得易于遗传物质的广泛重排,在下一次细胞分裂期间将其重新并入染色体。而微核和遗传重排在癌细胞中很常见。

Sullivan教授说:“我们希望进一步了解阻止这种情况发生的机制。我们目前正在确定负责产生DNA系链的基因,这可能是下一代癌症治疗的有希望的新靶点。”

参考文献:

‘Hail Mary’ mechanism can rescue cells with severely damaged chromosomes

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