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在DNA硫酰化修饰抵抗过氧亚硝酸ROS分子的机制研究
2020/10/21 10:45:41    新闻来源:中国仿真学会生命系统建模仿真专业委员会

近日,美国化学会期刊《ACS Chemical Biology》以Supplementary Cover Article形式在线发表了上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢国家重点实验室赵一雷教授课题组在DNA硫酰化修饰抵抗ROS机制研究上的最新进展"Defense Mechanism of Phosphorothioated DNA Under Peroxynitrite-mediated Oxidative Stress"(doi:10.1021/acschembio.0c00591)。文章的第一作者为博士生黄强,是该课题组继2017年揭示磷硫酰化修饰DNA抵抗活性氧自由基机制"Mechanistic investigation on ROS resistance of phosphorothioated DNA"(doi:10.1038/srep42823,第一作者 吴婷婷博士)后的又一新发现,参与这项研究的还有邓子新院士团队白林泉教授、汪志军副研究员和梁晶丹副研究员等。

前期研究揭示,细菌DNA硫修饰可增强其对极端环境的耐受性,抵抗Fenton试剂、双氧水等常见ROS试剂,但也有研究报道细菌DNA硫修饰基因组对次氯酸(漂白水的有效成分)高度敏感。因此,深入研究硫修饰DNA与不同ROS分子的互作显得尤为重要。

过氧亚硝基是一种人体免疫应答中抵抗病原的ROS分子,可诱导DNA的断裂和碱基突变并触发细胞死亡,与癌症、老年痴呆症、炎症等多种重大慢性疾病发生和发展相关。为了研究人体免疫系统和硫修饰细菌之间的"矛"与"盾"关系,该研究小组通过细菌生存实验、分子生物学技术和定量生物学方法成功地揭示了细菌内硫修饰DNA在抵御过氧亚硝基引发的氧化应激过程中的防御机制。通过比较小分子硫代磷酸酯、谷胱甘肽以及16种硫修饰二核苷酸与过氧亚硝酸的反应速率,发现在DNA核苷酸分子中,硫修饰磷酸单元与过氧亚硝酸的反应速率显著提高,接近于谷胱甘肽等含有活性巯基的小分子。并且利用小分子模型实验证明了硫修饰DNA转化为正常DNA时其中的硫元素转化高价硫氧化产物从而减弱氧化应激过程对DNA分子的损伤。

该研究结果不仅再次验证了该团队提出的"S/O Yin-Yang"(硫/氧阴阳互作)模型,而且进一步加深了科学家们对硫修饰DNA抵抗ROS分子特异性的理解、为探索DNA硫修饰医学应用提供基础。

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