1640
需用時?03:16
【2015諾貝爾獎】托馬斯·林達爾自述:通向DNA修復之路

2015年諾貝爾化學獎得主之一,托馬斯·林達爾(Tomas Lindahl)跟DNA打了近半個世紀的交道。這位原本的醫學生在基礎研究領域做出了一系列重要成果。他在探索DNA修復機制的過程中經歷過什么?且看他親自講述:

托馬斯·林達爾和保羅·莫德里奇、阿齊茲·桑賈爾共享了今年的諾貝爾化學獎。圖片來源:nobelprize.org

(果殼翻譯班/編譯)在我的研究生涯早期,大概1975或1976年吧,我從轉染有EB病毒(人類皰疹病毒第四型)的伯基特淋巴瘤和鼻咽癌患者細胞中觀察到,EB病毒的DNA出現了兩種形態:除了整合到細菌DNA內部的片段之外,還出現了不被整合到宿主基因組的共價閉合環。這在當時十分令人驚訝,它比其他實驗室后來在乳頭瘤病毒上進行的類似研究都要早。

在20世紀70年代到80年代,我的一項主要研究成果,在于描述并量化了自發的內源性DNA損傷。令人驚訝的是,此過程中的主要事件,比如水解脫嘌呤、胞嘧啶殘基脫氨基、鳥嘌呤和嘧啶殘基的氧化以及腺嘌呤殘基甲基化生成3-甲基腺嘌呤,總數量驚人——人體內每天會出現約10000個這樣的潛在變異和細胞毒性變化。這些結果明確表明,一定存在特殊的DNA修復酶和機制,來抵消內源性DNA損傷。

我因此產生了了解DNA修復機制本質的熱情。《自然》發表過一項綜述文章,討論內源性DNA損傷和它的修復。我發現了“堿基切除修復”的途徑——這是內源性DNA損傷的主要細胞防線。后來,使用提純蛋白,我們重構了堿基切除修復的兩種變體:短補丁/長補丁。我發現了幾種未曾為人所知的DNA修復酶作用模型,包括:(i)一種能催化堿基-糖鍵分裂的DNA糖基化酶(尿嘧啶-DNA糖基化酶)、3-甲基腺嘌呤DNA糖基化酶和釋放氧化堿基殘基的DNA糖基化酶。(ii)在無堿基的糖-磷酸殘基上剪裁DNA雙鏈的AP核酸內切酶(和沃爾特教授(Walter Verly)同時獨立研究)。(iii)O6-甲基鳥嘌呤 - DNA甲基轉移酶(MGMT,一種Ada蛋白:它能以不可逆的方式,從烷基化的DNA上,把一個促突變甲基基團,移到酶自己身上的一個特殊的半胱氨酸殘基上)。(iv)DNA雙加氧酶:(AlkB蛋白和它的同系物):它能從烷基化的堿基殘基上移走某些有細胞毒性的甲基基團,辦法是在鐵和氧代戊二酸的存在下完成氧化脫甲基化的反應(和芭芭拉博士(Barbara Sedgwick)、俄林教授(Erling Seeberg)一起研究)。這種DNA修復機理也推動人們發現了幾組新的酶——FTO和ALKBH5,它們可以對一種全新的表觀遺傳標記RNA m6A進行去甲基化。

DNA修復的相關酶促反應機制模型。圖片來源:Tomas Lindahl. Genomics, Proteomics & Bioinformatics, Volume 11, Issue 1, February 2013, Pages 2–7

值得一提的是:我(與讓?卡戴特教授合作)發現了一種復雜、并且化學性質穩定的DNA氧化損傷——環式嘌呤脫氧核糖核苷酸。與其他DNA氧化損傷不同,它的修復僅能由核苷酸切除修復完成。此外,我(與博士后研究員瑞克?伍德博士合作)建立起了不用人體細胞的依賴ATP的核苷酸切除修復系統。這個分析系統通過體外互補實驗實現,它使純化XPA(這一蛋白質在有修復缺陷的著色性干皮細胞中是缺失的)等蛋白質成為可能。

我對辨識和描述在真核細胞中的DNA連接酶是非常有興趣的,它需要ATP而不是NAD作為輔基,這和大多數的細菌連接酶是有區別的。在哺乳動物的細胞中,主要的DNA連接酶包括:DNA連接酶I型(負責復制和修復),DNA連接酶III型(負責堿基切除修復),以及DNA連接酶IV型(負責非同類末端結合)。和Lee Johnston博士合作,DNA連接酶I型在1990年被克隆和測序,這讓我們能夠定位酶 - 腺苷酸復合物形成的活性位點。在此之前,人們觀察到DNA連接酶I型在人類疾病中出現了變化,這些觀測結果得到了部分的證實。

此外,我還發現并描述了哺乳動物細胞核內的兩個主要的DNA特異性核酸外切酶,最開始被命名為DNase III和DNase IV,現在則分別被叫做TREX1和FEN1。FEN1是一種5-3核酸外切酶,這種復制和修復因子可以從DNA中剔除懸垂和翹起片段(該研究和邁克爾·利伯博士同期獨立進行)。TREX1則是作用于DNA單鏈的3-5核酸外切酶。最近的研究表明,人體細胞如果失去TREX1會導致一種遺傳性系統性紅斑狼瘡(SLE),被稱作艾卡迪爾綜合征(Aicardi-Goutières syndrome)(和雅尼克博士(Yanick Crow)共同完成)。2007年,我們發現單鏈DNA會在不含TREX1的細胞內積累,并造成持久的檢查點激活(和同事楊運桂博士以及德伯拉博士(Deborah Barnes)共同完成)。

除發現了幾個DNA修復酶之外,我也觀察到了Ada蛋白的自甲基化,在調節域內甲基化了一個半胱氨酸殘基。這是DNA磷酸三酯修復的結果,讓Ada蛋白變成了一個轉錄因子。這項工作在1986年發表,是第一個轉錄后修飾事件能激活一個轉錄因子的實例。

除了我自己的科學研究之外,我也在管理許多實驗室上花費了時間,并仍然對各家實驗室各自的研究觀念和方向上提供建議。作為帝國癌癥研究基金會(ICRF)劍橋大學克萊爾學堂(Clare Hall)實驗室和英國癌癥研究院(Cancer Research UK)的前負責人,我很高興看到克萊爾學堂實驗室成為國際知名的研究DNA修飾的實驗室。我也很高興看到我很多前任同事在他們的學術領域獲得了成功。

我仍然很享受做科學研究。它讓人快樂,它有趣,它刺激。它一直在改變。我真希望能活到一百歲,看著科學如何發展。(編輯:Ent)

編譯來源:Lindahl, Tomas. "My journey to DNA repair." Genomics, proteomics & bioinformatics 11.1 (2013): 2-7.

文章題圖:sussex.ac.uk

The End

發布于2015-10-07, 本文版權屬于果殼網(guokr.com),禁止轉載。如有需要,請聯系果殼

我的評論

Tomas Lindahl

pic
    广东南粤36选7历史开奖结果