難以被看見的損傷

我們細(xì)胞中的DNA，無時無刻都在遭受來自陽光、化學(xué)物質(zhì)、輻射，以及維持生命活動的各種生物過程的損傷，這些損傷會威脅基因組的完整性和正常功能。通常，細(xì)胞能快速且高效地修復(fù)這些損傷，但當(dāng)修復(fù)能力下降時，后果就可能十分嚴(yán)重，甚至能導(dǎo)致衰老、癌癥，以及多種疾病。因此，理解細(xì)胞應(yīng)對DNA損傷的分子機制，對于開發(fā)新的治療方法至關(guān)重要。

然而，長期以來，由于缺乏能夠在不干擾細(xì)胞行為的情況下，客觀呈現(xiàn)DNA損傷動態(tài)的探針工具，科學(xué)家一直難以在“活細(xì)胞”甚至是“活體動物”中，實時觀測DNA的損傷與修復(fù)。目前的大多數(shù)研究方法，都涉及到在不同時間點殺死并固定細(xì)胞，進(jìn)而只能獲得修復(fù)過程的一些“靜態(tài)快照”。

如今，一種全新的工具徹底改變了這種局面。

在一項新發(fā)表于《自然·通訊》雜志的研究中，一個研究團(tuán)隊發(fā)展了一種新型的熒光傳感器——能讓科學(xué)家在“不打擾細(xì)胞的情況下”，實時觀察活細(xì)胞內(nèi)DNA的損傷與修復(fù)過程。這一成果為過去無法開展的實驗打開了大門，也為癌癥研究、藥物安全測試以及衰老生物學(xué)帶來了重大推動。

照亮DNA損傷的傳感器

現(xiàn)有的研究工具，如抗體或納米抗體，往往會與DNA緊密結(jié)合，而一旦結(jié)合得過于緊密，就可能干擾細(xì)胞自身的修復(fù)機制。

新的傳感器則不同，它是一種全新的蛋白質(zhì)探針——由細(xì)胞本來就在使用的天然蛋白質(zhì)片段構(gòu)建而成。它能自行地來到DNA損傷處，又自行離開，使得科學(xué)家觀察到的是細(xì)胞的真實行為。

熒光傳感器在活細(xì)胞中的工作情況，當(dāng)傳感器與DNA損傷位點結(jié)合時，就會出現(xiàn)明亮的綠色光點。（視頻/Aschwin Tenfelde via YouTube）

具體而言，這種傳感器的工作原理是：它在從細(xì)胞自身蛋白質(zhì)中借來的一個小結(jié)構(gòu)域上，附著一個熒光標(biāo)簽，這個結(jié)構(gòu)域會短暫地與受損DNA上出現(xiàn)的特定標(biāo)記γH2AX相結(jié)合。這種相互作用是溫和且可逆的，它能夠在不阻礙細(xì)胞正常的修復(fù)過程的情況下照亮受損位置。

與過去的研究方法相比，這種差異十分顯著。研究人員不再需要做十個獨立實驗來捕捉十個時間點，而是可以在一段連續(xù)的“影片”中觀察整個修復(fù)過程。他們能夠看到損傷何時出現(xiàn)、修復(fù)蛋白質(zhì)能多快速地趕來，以及細(xì)胞最終何時解決問題。這意味著，研究人員能獲得更多數(shù)據(jù)、更高的分辨率，并且更真實地看到活細(xì)胞內(nèi)部實際發(fā)生的情況。

此外，研究團(tuán)隊還進(jìn)一步在一種廣泛用于生物學(xué)研究的模式動物——秀麗隱桿線蟲（

C. elegans

向所有研究者開放

研究人員還表示，這種工具的用途已遠(yuǎn)不止觀察修復(fù)過程，還可以與其他分子模塊自由搭配，用于繪制DNA損傷在基因組中的分布圖，也能找出哪些蛋白質(zhì)會聚集在損傷處。他們甚至可以將受損DNA移動到細(xì)胞核內(nèi)的不同區(qū)域，探究哪些因素會影響修復(fù)。

雖然這種傳感器本身并非一種醫(yī)學(xué)治療手段，但它可能影響醫(yī)學(xué)研究。例如，許多癌癥療法是通過有意破壞腫瘤細(xì)胞的DNA來發(fā)揮效果的。在藥物研發(fā)早期，科學(xué)家必須準(zhǔn)確測量一種化合物會造成多少DNA損傷。目前，臨床研究人員通常使用抗體來做這些評估，而這種新工具能讓癌癥療法的測試變得更便宜、更快速、更精確。研究人員還設(shè)想了許多可能的臨床應(yīng)用，從研究自然衰老過程，到檢測輻射或誘變物暴露。

這項工具已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。甚至在論文發(fā)表前，就已經(jīng)有其他實驗室在聯(lián)系他們，希望在自己的DNA修復(fù)研究中使用這種傳感器。為了支持研究，作者團(tuán)隊已經(jīng)將所有信息在網(wǎng)上開放，供科學(xué)家們立即使用。

#參考來源：

https://www.uu.nl/en/news/new-sensor-lets-researchers-watch-dna-repair-in-real-time

https://www.nature.com/articles/s41467-025-65706-y

#圖片來源：

封面圖&首圖：FotoRichter / Pixabay