Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Hvordan miljø bidrar til flere menneskelige sykdommer

Anonim

Ved hjelp av en ny bildebehandlingsteknologi har National Institutes of Health-forskere funnet ut at det biologiske maskineriet som bygger DNA, kan sette molekyler inn i DNA-strengen som er skadet som følge av miljømessige eksponeringer. Disse skadede molekylene utløser celledød som produserer noen menneskelige sykdommer, ifølge forskerne. Arbeidet, som vises online 17. november i journalen Nature, gir en mulig forklaring på hvordan en type DNA-skade kan føre til kreft, diabetes, hypertensjon, kardiovaskulær og lungesykdom og Alzheimers sykdom.

annonse


Time-lapse-krystallografi ble brukt av National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS) forskere for å fastslå at DNA-polymerase, enzymet som er ansvarlig for montering av nukleotidene eller byggeblokkene av DNA, inkorporerer nukleotider med en bestemt type skade i DNA-strengen. Time-lapse-krystallografi er en teknikk som tar snapshots av biokjemiske reaksjoner som forekommer i celler.

Samuel Wilson, MD, senior NIEHS forsker på teamet, forklarte at skadene skyldes oksidativt stress eller generering av frie oksygenmolekyler, som respons på miljøfaktorer, som ultrafiolett eksponering, diett og kjemiske forbindelser i maling, plast, og andre forbrukerprodukter. Han sa at forskere mistenkte at DNA-polymerasen var å sette inn nukleotider som ble skadet ved å bære et ytterligere oksygenatom.

"Når en av disse oksyderte nukleotidene er plassert i DNA-strengen, kan den ikke parre med det motsatte nukleotidet som vanlig, noe som etterlater et gap i DNAet, " sa Wilson. "Inntil dette papiret hadde ingen faktisk sett hvordan polymerasen gjorde det eller forstod de nedstrøms implikasjonene."

Wilson og hans kollegaer så prosessen i sanntid, ved å danne krystallkomplekser laget av DNA, polymerase og oksyderte nukleotider, og fange øyeblikksbilder på forskjellige tidspunkter gjennom time-lapse-krystallografi. Prosedyren avslørte ikke bare stadiene av nukleotidinnsetting, men indikerte at det nye DNA stoppet DNA-reparasjonsmaskinen fra å tette gapet. Denne spaltningen i DNA forhindret ytterligere DNA-reparasjon og replikasjon, eller forårsaket en umiddelbar dobbeltstrengspause.

"Det skadede nukleotidstedet er beslektet med en manglende plank i et togspor, " sa Wilson. "Når motoren slår det, hopper toget på sporet, og alle boksene kolliderer."

Stort antall av disse pileups og dobbeltstrengspauser er dødelige i cellen, og tjener som et hoppe av poeng for utvikling av sykdom. Det kan imidlertid være bra hvis du er en forsker som prøver å ødelegge en kreftcelle.

"En av egenskapene til kreftceller er at de pleier å ha mer oksidativt stress enn normale celler, " sa Bret Freudenthal, Ph.D., leder forfatter av papir og postdoktor i Wilsons gruppe. "Kreftceller adresserer problemet ved å bruke et enzym som fjerner oksyderte nukleotider som ellers ville bli satt inn i genomet ved DNA-polymeraser. Forskning utført av andre grupper bestemt hvis du hemmer dette enzymet, kan du fortrinnsvis drepe kreftceller."

Wilson og Freudenthal understreket at mengdene oksyderte nukleotider i nukleotidbassenget vanligvis er under tett kontroll, men hvis de akkumulerer og begynner å overskride ubeskadigede nukleotider, tilfører DNA-polymerasen flere av dem til strengen. Molekyler som hemmer oksidasjon, kjent som antioksidanter, reduserer nivået av oksyderte nukleotider, og kan bidra til å forhindre noen sykdommer.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS) . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Bret D. Freudenthal, William A. Beard, Lalith Perera, David D. Shock, Taejin Kim, Tamar Schlick, Samuel H. Wilson. Avdekke den polymerase-induserte cytotoksisiteten til et oksydert nukleotid . Nature, 2014; DOI: 10, 1038 / nature13886