受损DNA能够被快速修复的原理已获阐明。DNA被称为“生命体的设计蓝图”，每天都会发生数万次损伤。这类损伤一旦累积，会提高基因组不稳定性，并可能引发癌症和衰老等问题。因此，人体内会启动修复DNA损伤的酶。韩国研究团队此次查明了这种酶通过何种路径搜索受损部位并维持DNA稳定性，为抗癌与抗衰老相关研究提供了线索。
(上排左起) UNIST生命科学系 Lee Jail 教授、KAIST生命科学系 Lee Gwangrok 教授、成均馆大学物理系 Yoo Jejoong 教授，(下排左起) UNIST Kim Subin 本硕博连读生、KAIST Lee Donghoon 博士、成均馆大学 Cho Gyeongpil 本硕博连读生。KAIST供图
View original image韩国科学技术院4日表示，生命科学系 Lee Gwangrok 教授团队与蔚山科学技术院教授 Lee Jail 团队、成均馆大学 Yoo Jejoong 教授团队，已查明DNA修复酶“脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶1（apurinic/apyrimidinic endonuclease 1）”识别受损DNA的分子机制。
APE1是一种识别DNA受损位点并启动修复的酶。联合研究团队结合了可实时观察单个生物分子运动与结构变化的“单分子荧光共振能量转移”、通过排列多条DNA链观察其与蛋白质相互作用的“DNA curtain”，以及用计算机模拟分子运动的“分子动力学”模拟，对APE1的运动进行了实时追踪。
结果显示，APE1并非随机搜索DNA，而是沿着DNA链移动并进行搜索，即采用“1维扩散（1D diffusion·DNA）”策略来寻找受损位点。
这类似于“智能巡检机器人”沿着大城市地下如迷宫般交错的管线移动，寻找细微漏点的过程。也就是说，它不是毫无目标地四处搜索受损位点，而是沿着“基因组高速公路（DNA）”高效移动。
尤其是，联合研究团队还发现，酶末端一种具有柔性结构的“非结构化区域”在DNA搜索过程中发挥了关键作用。
据联合研究团队介绍，非结构化区域是指没有固定形态、可自由移动的蛋白质区段，这一区域会像钩子一样抓住DNA，使APE1能够紧贴DNA并长时间移动。实际实验显示，去除非结构化区域后，APE1寻找受损位点的能力下降了5倍以上。
研究还证实，镁离子（帮助细胞内酶反应的金属离子）并不只是辅因子，还会作为提升DNA搜索效率的关键要素发挥作用。也就是说，镁离子可稳定APE1与DNA的结合，帮助该酶更高效地沿DNA移动。
Lee Gwangrok 教授表示：“这项研究是阐明生物分子通过非结构化区域快速搜索DNA受损位点后，再通过结构化区域进行精密作用机制的案例。”他还称：“这一原理有望成为开发可削弱癌细胞DNA修复功能的下一代抗癌药物，以及开展抑制衰老研究的关键线索。”
Lee Jail 教授强调：“此次研究的意义在于，我们查明了非结构化区域在寻找DNA受损位点过程中发挥核心作用这一事实。”
另外，此次研究由韩国科学技术院 Lee Donghun 博士、蔚山科学技术院 Kim Subin 博士生、成均馆大学 Cho Gyeongpil 博士生作为共同第一作者参与。研究结果已于上月14日刊登在国际学术期刊《核酸研究》上。
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