分裂後、ニューロンは多くの一本鎖DNA切断を示した

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ビデオ: science topic part-4 ニューロンエンハンサーがDNA一本鎖切断修復のホットスポットである 2022, 十一月
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Anonim
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Nature誌に掲載された研究によると、分裂後のニューロンでは多数の一本鎖切断が発生します。同時に、切断はゲノムのランダムな場所ではなく、エンハンサー(遺伝子調節因子)の部位に位置していました。ニューロンのDNAは、「短いパッチ」と「長いパッチ」の2つの修復経路によって復元されました。この発見は、DNA修復障害のある患者における神経変性疾患の発症を説明する可能性があります。

ヒト細胞のDNAは、周期的に切断される2本の鎖で構成されています。ほとんどの場合、休憩は一本鎖です-哺乳類の細胞では、平均して、1日あたり5万以上の休憩があります。一本鎖DNAの切断は、DNAの完全性を化学的に破壊する細胞内因子、または電離放射線などの外部要因によって引き起こされる可能性があります。一本鎖切断は二本鎖切断ほど危険ではありませんが、細胞分裂と遺伝子機能に脅威をもたらします。

細胞が何の反応もせずに毎日5万本の一本鎖切断を蓄積すると、細胞は分裂して機能することができなくなり、それがすぐに死ぬ理由で​​す。この量の損傷に対処するために、核にはDNAを修復できる特別なシステムがあります-酵素を修復します。ほとんどの場合、修理中に隙間の周りの領域が掃除され、それが新たに完成します。特に、DNAの窒素塩基を置換する場合、2つの方法が可能です。損傷したヌクレオチドを1つだけ除去して置換する「短いパッチ」と、ギャップの周りの長いセクションが再完了しました。

Wei Wuが率いる米国国立がん研究所の生物学者は、分化後の脳のニューロンの破壊の原因を調査しました。これを行うために、彼らはDNA修復を記録するためのシステムを作成しました。損傷部位でニューロンに組み込まれた標識DNAヌクレオチドをニューロンに追加し、修復後に配列を復元しました。ニューロンの一本鎖切断の修復を受けた領域は、例えば筋細胞よりもはるかに大きいことが判明しました。

次に、生物学者は次のことを確認することにしました。ゲノム内のランダムな場所または特定のシーケンスで一本鎖切断が発生しました。彼らは、修復プロセスを受けた領域を分析し、エンハンサーのタンパク質ラベル(相互作用する遺伝子の発現を増強できる領域)を持っていることを発見しました。さらに、これらのエンハンサーはニューロンに特異的であり、ニューロンの「細胞運命」に関与する遺伝子の働きを強化しました。

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修復された部位(赤)、オープンクロマチン(緑)、および3つの異なるエンハンサーラベル(青)の分布。ピークが一致する、つまり、エンハンサー領域のオープンクロマチンでブレークとその修復が発生することがわかります。

ニューロンの一本鎖切断を修復するためにどの経路が使用されているかを確認するために、生物学者は短いパッチと長いパッチの酵素を順番にオフにしました。最初のケースでは、「パッチ」(損傷部位の標識ヌクレオチドの数)が大きくなり、2番目のケースでは小さくなっていることがわかりました。これは、互いに置き換わる両方の修復経路がアクティブになり得ることを示しています。研究者たちは、ニューロンのエンハンサー領域でのDNA損傷量の増加の発見は、酵素修復システムの欠陥によって引き起こされる神経変性疾患の発症に関連している可能性があると考えています。

DNA修復は、細胞内の自然なプロセスだけでなく、実験にとっても重要なプロセスです。たとえば、ゲノム編集はそのメカニズムに基づいています。修復メカニズムは最近、機械学習を使用してCRISPR編集の結果を予測する方法を学び、修復酵素は遺伝子導入への新しいアプローチに使用されています。

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