科学家首次拍到DNA损伤与修复的精彩实时画面

我们细胞中的DNA持续受到阳光、化学物质、辐射甚至维持身体正常运转的生理过程的损害。其中大部分损伤能迅速修复。当修复失败时，产生的错误可能导致衰老、癌症及其他多种疾病。

多年来，研究人员一直难以直接观察这些修复事件的发生过程。许多传统方法需要在不同时间点杀死并保存细胞，只能得到孤立的快照，而非连续的动态过程。

用于活细胞的新型DNA损伤传感器
荷兰乌得勒支大学的科学家们现已推出一种能改变这一局面的传感器。他们的工具使研究人员能够观察活细胞乃至活体生物内部损伤的出现与消退。根据发表在《自然·通讯》上的研究，这种能力为以往无法实现的实验开辟了道路。

首席研究员通凯·鲍贝克将这种方法描述为“不干扰细胞”就能观察细胞内部的手段。他指出，抗体和纳米抗体等常用工具往往与DNA结合过紧，可能干扰细胞自身的修复系统。

“我们的传感器不同，”他说，“它由细胞本身已在使用的天然蛋白质部件构建而成。它会自行在损伤部位结合与分离，因此我们看到的是细胞真实的行为。”

荧光传感器的工作原理
该系统依赖于一个荧光标记，它连接到取自细胞自身蛋白质的一个小结构域上。这个结构域会短暂识别仅出现在受损DNA上的标记。由于这种相互作用温和且可逆，传感器在突出显示受损区域的同时，不会影响细胞的修复工作。

参与设计和评估该工具的生物学家理查德·卡多佐·达席尔瓦回忆起他意识到其潜力的那一刻：“我当时在测试一些药物，看到传感器与商业抗体在完全相同的位置发光，那一刻我想：这肯定能行。”

DNA修复的连续观察
与旧方法的对比十分显著。研究人员无需进行多次单独实验来捕捉不同时刻，现在可以将整个修复序列作为一个连续的“电影”来观察。他们能追踪损伤出现的时间，观察修复蛋白到达的速度，以及细胞何时解决问题。“你能获得更多数据、更高分辨率，重要的是，能更真实地了解活细胞内实际发生的情况。”卡多佐·达席尔瓦说。

研究团队还在实验室培养皿外测试了该传感器。乌得勒支大学的合作者在秀丽隐杆线虫（一种广泛使用的模式生物）中使用了该工具。传感器表现同样良好，并揭示了线虫发育过程中发生的程序性DNA断裂。对鲍贝克而言，这一演示至关重要：“它表明该工具不仅适用于实验室中的细胞，还能用于真实的活体生物。”

其潜在应用不止于观察修复过程。传感器的蛋白质结构域可与其他分子组件连接，使科学家能绘制全基因组DNA损伤的位置，或确定哪些蛋白质会聚集在受损区域周围。研究人员还能重新定位细胞核内的受损DNA，以测试其位置对修复的影响。“根据你的创造力和研究问题，你可以以多种方式使用这个工具。”卡多佐·达席尔瓦说。

医学和药物研究的更好工具
尽管该传感器不是治疗手段，但它能显著改善医学研究。许多癌症疗法通过对肿瘤细胞造成刻意的DNA损伤来发挥作用，而早期药物研发通常需要精确测量一种化合物造成的损伤程度。

“目前，临床研究人员常使用抗体来评估这一点，”鲍贝克说，“我们的工具能让这些测试更便宜、更快、更准确。”该团队还看到了其在临床环境中的潜在用途，例如研究自然衰老或检测辐射或其他致突变因素的暴露。

这项创新已引起关注。在论文发表前，已有多个实验室联系该团队，渴望在自己的修复研究中使用该传感器。为满足这一需求，研究人员已无限制地提供该工具。鲍贝克指出：“所有资料都在网上，科学家可以立即使用。”