Cell Rep：科学家开发出前所未有的工具来可视化分析研究DNA的修复过程

2021年12月31日 讯 /生物谷BIOON/ --组成人体的数万亿个细胞中的每一个每天都会遭受超过1万次DNA损伤，如果细胞无法修复的话这些损伤将会是灾难性的，但一种非常微妙的能检测和修复基因损伤的机器能够发挥作用来防止DNA突变以及诸如癌症等疾病的出现；在机器学习应用于高通量显微镜等技术的帮助下，研究人员就能设法详细观察这种DNA修复机器，并能识别出一种新的修复蛋白，相关研究结果以题为“Assessing kinetics and recruitment of DNA repair factors using high content screens”的形式发表在国际杂志Cell Reports上，或有望未来帮助科学家们开发新型癌症疗法。

在实验室中人体细胞的DNA被激光束破坏的图像。

图片来源：CNIO,MGH

一旦出现DNA损伤，比如DNA双链断裂，细胞就会激活一种名为DNA损伤反应的机制，该机制就像“呼叫紧急服务”一样，这时候蛋白质就会快速与受损的DNA结合并发出警报信号，这就会被其它专门修复损伤的蛋白质所识别。化疗的目的是通过诱导DNA损伤来杀灭肿瘤细胞，其会促进癌症复发及死亡，通过了解DNA损伤发生以及其被修复的机制，研究人员就能了解到很多关于癌症如何发生以及如何去抵御它的相关知识，DNA修复方面的任何发现或许都将有助于开发新型癌症疗法，同时还能保护机体的健康细胞。

如今研究人员开发出了一种新方法，在研究者所开发的机器学习技术的帮助下就能对这一过程进行分析，其详细程度和精确度都是此前研究人员无法实现的，直到现在，追踪DNA修复动力学的一个限制性因素就是无法处理和分析显微镜所拍摄的图像所产生的大量数据。文章中，研究人员使用了高通量的显微镜，其能在诱导了细胞的遗传损伤后获得成千上万张细胞图片，在第一阶段，研究人员将300多张不同的蛋白质引入到细胞中，并在一次实验中评估其是否会随着时间的推移而干扰DNA的修复机制，该技术帮助研究人员发现了能参与DNA修复的9种新型蛋白。

但研究人员决定更进一步研究监测产生遗传损伤后的300种蛋白的功能，为了做到这一点，他们改编了一种经典的DNA微辐射技术（其能以紫外光来破坏DNA）首次在大规模的格式中使用，并分析了所研究的300种蛋白质的行为。研究者说道，我们观察到，许多蛋白质能吸附到损伤的DNA上，而其它蛋白质的表现则正好相反，其能远离DNA损伤，实际上其要么与受损的DNA结合，要么从受损的DNA上移开，从而就允许进行修复的蛋白被招募到损伤的病变部位，这是DNA修复蛋白的一个共同特征，而这两种现象都是相关的。

其中一个被发现的蛋白就是PHF20，这种蛋白质在损伤后的几秒内就会远离损伤部位并促进对DNA修复非常关键的53BP1蛋白的招募，没有PHF20蛋白的细胞无法合适地修复DNA，而且相比正常细胞而言其对辐射更为敏感，这就提示，PHF20蛋白对于DNA修复非常关键。

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

这些技术或为研究DNA修复以及如何对其操控提供了新的机会，目前的一个优势在于，这些平台都是通用的，且能用来发现影响DNA修复的新基因或化合物，同时研究人员还通过利用允许直接对DNA修复可视化的技术来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创新部等机构的资助。

综上，本文研究结果表明，PHF20蛋白因子或能被排除在DNA断裂处，从而而通过与53BP1的招募竞争来影响DNA的修复过程，这些资源或许能被用于遗传扰动、小分子筛选和大规模的DNA修复分析，同时还能帮助理解和操控细胞中的DNA修复过程。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Barbara Martinez-Pastor，Giorgia G. Silveira，Thomas L. Clarke, et al. Assessing kinetics and recruitment of DNA repair factors using high content screens, Cell Reports (2021). DOI:10.1016/j.celrep.2021.110176