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日复一日，在我们的身体中，细胞中的DNA因各种原因而受损，因此细胞间DNA修复系统是维持生命的基础。现在，UNC医学院的科学家已经确认并澄清了其中一种修复系统的关键分子细节，即核苷酸切除修复。利用先进的测序技术绘制和分析DNA损伤，科学家们证明了细菌细胞中两种重要切除修复蛋白的功能：Mfd和UvrD。
“这些蛋白质的生化机制多年来已经从涉及纯化蛋白质和DNA的实验中得知，这非常重要，但在这项新工作中，我们已经阐明了这些蛋白质在活细胞中的作用，”共同资深作者克里斯托弗P说。塞尔比博士，北卡罗来纳大学生物化学与生物物理学研究助理教授。“最终，对细菌DNA修复的更好理解可能对抗菌药物的开发有用，”共同资深作者Aziz Sancar博士说，他是北卡罗莱纳大学生物化学和生物物理学的Sarah Graham Kenan教授。
Sancar因其在20世纪80年代和90年代早期的细菌和人体细胞切除修复研究获得2015年诺贝尔化学奖。这种修复过程也发生在动物细胞中，它修复了最常见的DNA损伤形式之一：庞大的加合物，一种通常由毒素或紫外线(UV)辐射引起的DNA的不需要的化学修饰。
为了研究细胞中的切除修复，Sancar，Selby及其同事最近开发了一种新技术XR-seq，它允许研究人员在切除修复过程中分离和测序从基因组中剪下的小长度的加合物受损DNA。了解这些DNA片段的序列可以精确地映射它们在基因组中的位置。他们在2015年首次使用这种方法生成人类基因组的UV修复图，并在2016年使用XR-seq方法生成整个人类基因组的抗癌顺铂药物的损伤和修复图谱。现在他们已经应用这种方法来回答有关大肠杆菌损伤修复的一些基本问题，并有可能开发出新的抗生素药物。
不贴纸：Mfd
在这项由博士后研究助理Ogun Adebali博士领导的研究中，研究人员主要关注Mfd，这是一种由Sancar和Selby先前的工作所知的蛋白质，它在细菌的切除修复中具有特殊的 - 机械上不寻常的 - 作用。
“我认为Mfd是大肠杆菌中最有趣的蛋白质，”塞尔比说。原因如下：当细菌基因的DNA被转录成RNA，并且转录的分子机器被卡在一个庞大的加合物上时，Mfd出现在现场，招募其他修复蛋白质，剪掉DNA的受损部分，“取消“转录机制，以便它可以恢复其工作。这种Mfd引导的过程称为转录偶联修复，它可以解释正在积极转录的DNA链上更高的切除修复率。
利用XR-seq绘制紫外线诱导的大肠杆菌细胞损伤，研究人员在正常细胞中发现了转录偶联修复的明确证据，但在缺乏Mfd的细胞中没有，因此证实了蛋白质在该过程中的作用。
放卷：UvrD
在进一步的实验中，研究人员确定了辅助切除修复蛋白在大肠杆菌中的作用 --UvrD，它有助于清除每个受损DNA片段。
在没有UvrD的情况下，切除的DNA片段仍然与染色体DNA结合，使得细胞废物处理酶很难将其切碎。同时，切除链的修复蛋白倾向于保持粘附于其上，因此不能继续移动以切除受损DNA的其他部分。UvrD的工作是从染色体DNA中解开这些受损和丢弃的链，以便它们可以快速处理，相关的修复蛋白可以继续催化额外的修复。
在紫外线损伤的大肠杆菌细胞上使用XR-seq ，UNC团队证实，如果没有UvrD，切除的DNA片段仍然粘附在染色体DNA上，在细胞中存活更长时间，并且 - 通过保留切除修复蛋白 - 减慢整体速率切除修复细胞。
除了澄清Mfd和UvrD的作用之外，该研究通常预示着新的XR-seq技术在绘制和研究切除修复过程中的应用。“XR-seq提供了一种新型的序列数据，在这项工作中，我们首次提供了细菌中切除修复的全基因组图谱，”Adebali说。“我们认为这张地图将对科学界广泛有用。”研究人员现在计划在细菌细胞以及人类和其他哺乳动物细胞中使用XR-seq进行进一步的研究，其中切除修复的过程不太了解。
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