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研究人員揭示了端粒t環的保護特性

根據Crick的最新研究,端粒末端的環起著至關重要的保護作用,防止染色體受到不可挽回的損傷。

這項發表在《自然》(Nature)雜志上的研究顯示,端粒末端的“t環”的繞緊和松開如何保護染色體免于DNA損傷。該研究還揭示了這一過程是如何被調控的。

 

維持線性染色體的一個重大挑戰是必須防止DNA末端被檢測出DNA損傷。這個問題用端粒可以解決,端粒是非編碼的DNA的特殊結構,可以保護染色體的末端。端粒被認爲是保護染色體末端的一種方式,是采用一種類似套索的t-環結構,它的作用是將DNA末端埋入端粒中並覆蓋它,使染色體末端不會被檢測爲DNA損傷。這些環是由染色體末端的端粒折疊形成的,可以繞緊或解開。

 

“虽然端粒在保护DNA和让细胞分裂方面发挥着重要作用,但关于t环的疑团,包括其功能和重要性的不确定性一直存在。”这是我们想通过这项研究解决的问题,”论文作者、Crick研究所,DNA双链断裂修复代谢实验室的博士后Panagiotis Kotsantis说。

 

這項研究發現了在細胞周期中正確的階段纏繞和解開這些t環的重要性。

 

如果DNA複制發生時,t-環仍然處于纏緊的狀態,這就産生了一個問題,因爲進行中的複制叉與t-環碰撞,會觸發端粒的毀滅性的磨損和染色體末端的損傷。

 

另一方面,通過控制端粒,使得在細胞周期的所有階段,t環都不合時宜地散開。這樣的話,研究人員發現,染色體的末端被暴露出來,並被檢測出DNA損傷。這是首次表明t環對保護染色體的末端很重要。

 

“确保这些环在DNA复制过程中解开,然后在细胞周期的其他阶段重新绕紧,这是防止染色体受损的关键。”这是一个非常复杂的过程,如果出现问题,可能会对细胞产生毁灭性的后果。”论文作者、Crick研究所,DNA双链断裂修复代谢实验室的组长Simon Boulton解释道。

 

图片来自Nature, 2019, doi:10.1038/s41586-019-1744-8

 

研究人員還發現了控制這些t環繞緊和解開的機制。他們發現,當t環附近的一種被稱爲TFR2的端粒結合蛋白經曆一種被稱爲去磷酸化的化學變化時,它會吸引另一種叫做RTEL1的蛋白質。被t環吸引後,第二種蛋白質可以解開t環。研究還表明,這個過程反過來也同樣成立,所以當TFR2被磷酸化時,它排斥RTEL1,從而阻止t環在細胞周期中的複制期外被解開。

 

“我們的下一步將是研究端粒和t環在幹細胞中的作用,因爲它們的保護機制不同,這意味著如果可以阻止這些環奇怪地形成,染色體就不會融合——這其中肯定還有其他因素在起作用,”Simon進一步解釋說。