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Nat重果:随机突变是这样来的 氢原子来回 耗能量子悸动
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作者:
顾汉现
时间:
2016-7-2 15:25
标题:
Nat重果:随机突变是这样来的 氢原子来回 耗能量子悸动
Nature重要成果:随机突变是这样来的
www.ebiotrade.com
时间:2015年3月12日 来源:生物通
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最近Nature杂志上发表的研究指出,量子悸动的出现频率与DNA复制错误的频率差不多,它们可能就是随机突变的基础。
生物通报道:DNA复制机器能够以极快的速度和惊人的准确性将正确的碱基(G-C 、A-T)配对形成DNA双螺旋。它们能够识别正确的碱基搭配,丢弃错误的组合。不过,这些机器每复制10,000 -100,000 bp就会犯个错误,这个错误如果不校正就会成为基因组突变。
研究者们几十年来一直想知道,这些貌似随机的错误是如何产生的。一些人认为,DNA碱基会在一瞬间改变形态,让复制机器把错误的碱基对掺入DNA。但此前还没人捕捉到这种微小的形态转变。
日前,Duke大学的研究人员观察到了这种极微小的碱基改变。在短短一瞬间,发生改变的碱基看起来像是另一个碱基。这种“量子悸动”(quantum jitter)现象极为罕见,存在的时间也极短,但却会产生深远的影响。
这项发表在Nature杂志上的研究指出,量子悸动的出现频率与DNA复制错误的频率差不多,它们可能就是随机突变的基础。
“DNA结构本身就允许错误发生,”Duke大学的Hashim M. Al-Hashimi教授说。“这些错误非常关键,没有它们生命就无法进化。但如果这样的错误太多,基因突变就会脱离控制,使我们无法生存。量子悸动将自发性突变的频率调节得恰到好处。”
沃森和克里克1953年发现DNA双螺旋之后,就曾预测碱基会改变形态并导致错配。近十年来人们获得了DNA中发生错配的图像,但还不清楚错配发生的具体机制以及决定错配出现频率的因素。(延伸阅读:Cell惊人发现:DNA复制方案因人而异)
研究人员使用一种NMR技术(NMR relaxation dispersion)来成像这些极为微小而且稍纵即逝的改变。Al-Hashimi实验室的研究生Isaac J. Kimsey设计了含有一个G-T错配的双链DNA,随后通过NMR技术检测G和T上的原子。
G和T一般是不能配对的,因为它们表面伸出的氢原子彼此冲突。沃森和克里克之前的理论是,氢原子可能被推开而形成错配。Kimsey通过NMR技术首次在DNA双链中获得了这种原子重排的直接证据。研究显示,RNA中也存在类似的现象。
这种微小的运动(量子悸动)耗费大量的能量,碱基要尝试差不多一万次才能成功一次。成功之后的新形态也只能维持很短的时间(50-200微秒),随后氢原子又会回到原来的位置。研究人员发现,这种罕见状态的出现频率与聚合酶的错误频率差不多。
随机突变是生命进化的基础也和癌症发展有关,这项研究阐明了随机突变的基础,“我们可以利用这一点设计药物,诱使癌细胞或病毒更快出现复制错误,使其突变脱离控制并最终死亡,”Kimsey说。
生物通编辑:叶予
生物通推荐原文:Visualizing Transient Watson-Crick Like Mispairs in DNA and RNA Duplexes
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http://www.ebiotrade.com/newsf/2015-3/2015311162127762.htm
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