科學(xué)家們通過低溫冰凍定格了差不多兩百個生物學(xué)結(jié)構(gòu)，首次為人們展示了DNA雙鏈斷裂的整個過程。

西班牙國家癌癥研究所（CNIO）的研究團(tuán)隊開發(fā)了一種特別的生物學(xué)晶體制造技術(shù)，首次觀察到了DNA雙鏈斷裂的全過程。他們通過計算機(jī)模擬，將這個微秒級的過程展現(xiàn)在人們眼前。這一成果發(fā)表在十二月八日的Nature Structural & Molecular Biology雜志上。

“我們知道這些雙鏈斷裂是由內(nèi)切酶負(fù)責(zé)的，但還不了解它的確切工作機(jī)制，”領(lǐng)導(dǎo)這項研究的Guillermo Montoya說。“我們描述了內(nèi)切酶I-Dmol介導(dǎo)這種基礎(chǔ)反應(yīng)的詳細(xì)動態(tài)。這些結(jié)果可以推廣到負(fù)責(zé)DNA斷裂的其他內(nèi)切酶上。”

DNA斷裂出現(xiàn)在許多至關(guān)重要的生命過程中，比如突變、合成、重組和修復(fù)。了解這個過程的準(zhǔn)確機(jī)制能為許多生物技術(shù)應(yīng)用提供幫助，包括校正突變治療罕見的遺傳性疾病、構(gòu)建轉(zhuǎn)基因生物等等。

內(nèi)切酶是一個高度特化的動態(tài)體系，它們的切割功能就好比一個特殊的裁布機(jī)，只有當(dāng)特定顏色組合的布料通過時才進(jìn)行剪切。

研究人員對Desulfurococcus mobilis 的歸位內(nèi)切酶I-Dmol進(jìn)行研究，著重觀察了I-Dmol活性位點發(fā)生的構(gòu)象改變。I-Dmol活性區(qū)域含有氨基酸，相當(dāng)于是斷開DNA的刀片。

他們通過調(diào)節(jié)溫度和PH平衡，將一個通常幾微秒的化學(xué)反應(yīng)延長到了十天，并在這些條件下，獲得了整個過程的慢動作影像。

“我們利用鎂離子來觸發(fā)酶促反應(yīng)，隨后制成生物學(xué)晶體并將其-200ºC冷凍，”Montoya說。“我們以這種途徑收集了185種晶體結(jié)構(gòu)，捕捉到了DNA雙鏈斷裂時每一步發(fā)生的構(gòu)象改變。”

最后，研究人員通過計算機(jī)分析，闡明了DNA雙鏈斷裂的七個中間階段。“我們?yōu)榇烁械椒浅Ｕ駣^，因為闡明DNA雙鏈斷裂的具體機(jī)制，可以幫助人們重新設(shè)計這些內(nèi)切酶。這樣的精確分子剪刀，將成為基因組編輯的實用工具，”他總結(jié)道。