细胞代表:科学家开发了前所未有的工具 可以直观地分析和研究DNA的修复过程

来源：原创网站2021-12-31 23:21

借助机器学习在高通量显微镜等技术中的应用，研究人员可以尝试详细观察这种DNA修复机，并识别出一种新的修复蛋白。相关研究成果以“利用高含量屏幕评估DNA修复因子的动力学和募集”的形式发表在国际期刊《细胞报告》(Cell Reports)上，或有望帮助科学家在未来开发新的癌症疗法。

2021年12月31日/100医学网生物网络/-构成人体的数万亿个细胞中，每一个细胞每天都会遭受超过1万次的DNA损伤。如果细胞无法修复，这些损伤将是灾难性的，但一台能够检测和修复基因损伤的非常精密的机器可以在预防DNA突变和癌症等疾病方面发挥作用。借助机器学习在高通量显微镜等技术中的应用，研究人员可以尝试详细观察这种DNA修复机，并识别出一种新的修复蛋白。相关研究成果以“利用高含量屏幕评估DNA修复因子的动力学和募集”的形式发表在国际期刊《细胞报告》(Cell Reports)上，或有望帮助科学家在未来开发新的癌症疗法。

实验室中被激光束破坏的人体细胞的DNA图像。

图片：MGH CNIO

一旦发生DNA损伤，比如DNA双链断裂，细胞就会激活一种叫做DNA损伤反应的机制，这就像“呼叫急救服务”。这时蛋白质会迅速与受损的DNA结合，发出报警信号，被其他专门修复损伤的蛋白质识别出来。化疗的目的是通过诱导DNA损伤杀死肿瘤细胞，从而促进癌症的复发和死亡。通过了解脱氧核糖核酸损伤及其修复的机制，研究人员可以了解到许多关于癌症如何发生以及如何抵抗癌症的知识。DNA修复的任何发现都可能有助于开发新的癌症疗法，保护身体健康细胞。

现在研究人员开发了一种新的方法，可以借助研究人员开发的机器学习技术来分析这个过程。这种方法的详细程度和准确性是以前的研究人员无法企及的。到目前为止，追踪DNA修复动力学的限制因素之一是无法处理和分析显微镜拍摄的图像产生的大量数据。在这篇论文中，研究人员使用了高通量显微镜，在诱导细胞的遗传损伤后，可以获得数千张细胞图片。在第一阶段，研究人员将300多种不同的蛋白质引入细胞，并在一项实验中评估它们是否会随着时间的推移干扰DNA修复机制。这项技术帮助研究人员找到了9种可以参与DNA修复的新蛋白质。

然而，研究人员决定进一步研究和监测遗传损伤后300种蛋白质的功能。为了做到这一点，他们首次大规模改编了一种经典的DNA微辐射技术(可以用紫外光破坏DNA)，并分析了所研究的300种蛋白质的行为。根据研究人员的说法，我们观察到许多蛋白质可以吸附到受损的脱氧核糖核酸上，而其他蛋白质的表现正好相反，它可以远离脱氧核糖核酸的损伤。事实上，它要么与受损的脱氧核糖核酸结合，要么远离受损的脱氧核糖核酸，从而允许被修复的蛋白质被招募到受损的病变中。这是DNA修复蛋白的一个共同特征，两种现象是相关的。

发现的蛋白质之一是PHF20。这种蛋白会在损伤后几秒钟内远离受损部位，促进对DNA修复非常重要的53BP1蛋白的募集。没有PHF20蛋白的细胞不能正常修复DNA，对辐射的敏感性也比正常细胞高，说明PHF20蛋白对DNA修复非常重要。

图片：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(21)01676-4

这些技术可能为研究脱氧核糖核酸修复以及如何操纵它提供新的机会。目前，一个优势是这些平台是通用的，可以用来发现影响DNA修复的新基因或化合物。与此同时，研究人员还通过使用允许直接可视化脱氧核糖核酸修复的技术，在最短的时间内评估数百种蛋白质。这项研究得到了西班牙科学与创新部和其他机构的支持。

综上所述，本文的研究结果表明，PHF20蛋白因子可能被排除在DNA断裂之外，从而通过与53BP1的募集竞争影响DNA修复过程。这些资源可用于遗传干扰、小分子筛选和大规模DNA修复分析，同时有助于理解和操纵细胞内的DNA修复过程。(100yiyao.com 100医疗网)

原始来源：

芭芭拉马丁内斯-帕斯特，乔治西尔维拉，托马斯克拉克等，《细胞报告》(2021年)。doi :10 . 1016/j . celrep . 2021 . 110176

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