科學家繪製出吸煙導致DNA受損的圖譜

美國北卡羅來納大學醫學院的研究人員開發出一種高解析度的方法繪製出了吸煙導致的DNA受損。這項技術將幫助我們更好地理解吸煙帶來的風險，以及它是如何導致癌症的出現，以及為什麼煙民更容易患癌症，甚至是這些癌症如何被預防。這項研究已發表在近日的《PNAS》上。

吸煙、DNA損傷、肺癌之間的聯繫已經被確定了數十年了。但是確定吸煙影響到的具體的某個基因目前為止仍然超過了我們的能力，這主要是由於DNA太小了。現在，北卡羅來納大學（UNC）醫學院的一個研究團隊發現了解決這個問題的方法。

該研究由UNC醫學院的生物化學和生物物理學教授Aziz Sancar領導，他是2015年諾貝爾化學獎的得主，該團隊專註於煙草中主要致癌物質——苯並(а)芘（Bap）的研究。該團隊開發出了一種繪製出這種物質結合到DNA哪個位置的方法，通過尋找基因組的哪個部分在接觸之後出現了修復情況。

Sancar說：「在美國，吸煙致癌在癌症死亡的原因中佔比30%的。我們現在擁有了這種物質導致損傷的全基因組圖譜。如果這個圖譜能夠喚起人們對吸煙害處的認識，那就太好了。如果我們知道在全基因組內如何修復受損DNA，那麼對於藥物開發者也是很有幫助的。」

圖像來源：論文

小心BaP

儘管臭名昭著，但BaP其實是一種很常見的物質。它是碳氫化合物多環芳烴族的一員，有機化合物燃燒，寒冷的外太空深處，都會這種物質。事實上，它是如此常見，所以理論上來說，在彗星上也存在這種物質，對RNA的合成也有助推作用，因此地球上的生命都依賴於它。

雖然BaP曾經對於生命是個好東西，但是它對複雜生命體造成了嚴重的環境危害。因為BaP很常見，所以有機體進化得可以應付環境中的BaP污染，像森林火災、篝火晚會，以及發動機等，但是煙草釋放出了巨量的BaP（超過普通煙霧的3倍），而且還是直接進入肺中。

為了使我們不受環境危害 ，我們的身體會將有毒化合物分解為更小的分子。而BaP會分解成為苯並比二醇環氧化物(BPDE)，它的毒性更強。BPDE以化學方法與DNA相結合，並與鳥嘌呤（四個核苷酸鹼基之一）形成非常強的聯繫（加合物）。

這足以改變DNA，使其變得無法辨認，所以受影響的細胞無法合成蛋白質或者將信息傳遞給後代。如果基因無法成為腫瘤抑制基因就會出現癌症。實驗室中的小鼠試驗表明，即使中等劑量的BaP作用於小鼠皮膚就會導致腫瘤的出現。這也就是說為什麼通過吸煙產生的BaP和BPDE會成為導致肺癌的最主要原因。

DNA重新「格式化」

為了準確了解BaP到底在基因組的哪個位置進行了破壞，研究團隊應用了關於DNA修復過程中的一些發現成果，這些成果使Sancar在2015年獲得諾貝爾獎。核苷酸切除修復過程中有特定的蛋白質參與，它們切除受損的DNA片段，之後DNA合成酶從相對的螺旋開始重新構建DNA片段。

著眼於全部基因組以確定這個過程發生在哪裡是不可能的。所以研究人員們搜索了細胞中的受損DNA片段，而這些片段會在修復過程中被回收。這些片段被用化學方法標記、恢復並測序。通過將這些所有的序列組合在一起，研究團隊繪製出了因吸煙而受損和正在遭受損傷的DNA位置的圖譜。

Sancar說：「這種新方法可以被應用於任何與核苷酸切除修復相關的DNA損傷。」

然而，由於資金問題和DNA測序的巨大工作量，研究團隊公布的概念驗證圖譜並沒有達到最好的解析度。但是該成果表明這種圖譜的繪製是可行的，它能夠幫助人們理解疾病和DNA損傷之間的關係。在未來，他們還能夠幫助發現特定物質的何種劑量能夠超過我們天生的核苷酸切除修復能力，哪些基因或者基因變異能夠幫助促進DNA修復，是否某些特定的位置難以修復。

通過這份原型圖譜，研究團隊能夠展示，當鳥嘌呤緊挨著胞嘧啶時，比鳥嘌呤緊挨著胸腺嘧啶或腺嘌呤時，BPDE相關的DNA修複發生得更多，這表明，這些區域是BPDE引起突變的高危區域。

Sancar說：「我確定，這些信息將使我們更好地理解為什麼特定人群更容易患癌症，以及哪些人吸煙引起的突變會導致肺癌。」

Sancar還希望吸煙能夠在細胞層面危害健康的證據可以使煙民們戒煙。目前在中國有超過3億的煙民，美國有4000多萬煙民，而全世界的煙民數已經超過10億......。

中國生物技術網誠邀生物領域科學家在我們的平台上，發表和介紹國內外原創的科研成果。

本公眾號由中國科學院微生物研究所信息中心承辦

微信公眾號：中國生物技術網

點擊展開全文

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！