難以被看見的損傷

我們細(xì)胞中的DNA，無時(shí)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(dòng)的各種生物過程的損傷，這些損傷會(huì)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(shí)，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(duì)DNA損傷的分子機(jī)制，對(duì)于開發(fā)新的治療方法至關(guān)重要。

然而，長(zhǎng)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(dòng)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(dòng)物”中，實(shí)時(shí)觀測(cè)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(shí)間點(diǎn)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(xiàng)新發(fā)表于《自然·通訊》雜志的研究中，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)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(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)打開了大門，也為癌癥研究、藥物安全測(cè)試以及衰老生物學(xué)帶來了重大推動(dòng)。

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(huì)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(jī)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(shí)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(diǎn)結(jié)合時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)明亮的綠色光點(diǎn)。（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(gè)小結(jié)構(gòu)域上，附著一個(gè)熒光標(biāo)簽，這個(gè)結(jié)構(gòu)域會(huì)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(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)來捕捉十個(gè)時(shí)間點(diǎn)，而是可以在一段連續(xù)的“影片”中觀察整個(gè)修復(fù)過程。他們能夠看到損傷何時(shí)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(shí)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(shí)地看到活細(xì)胞內(nèi)部實(shí)際發(fā)生的情況。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步在一種廣泛用于生物學(xué)研究的模式動(dòng)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(huì)聚集在損傷處。他們甚至可以將受損DNA移動(dòng)到細(xì)胞核內(nèi)的不同區(qū)域，探究哪些因素會(huì)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(cè)量一種化合物會(huì)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(píng)估，而這種新工具能讓癌癥療法的測(cè)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(cè)輻射或誘變物暴露。

這項(xiàng)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(shí)驗(yàn)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(duì)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