張卓鵬

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明，每一天人體細(xì)胞的DNA都會(huì)在紫外輻射、自由基和其他致癌物質(zhì)的作用下發(fā)生損傷，即使沒有這些外部的傷害，細(xì)胞基因組中也天天都要發(fā)生數(shù)千次的自發(fā)突變.而且，每當(dāng)細(xì)胞產(chǎn)生分裂、DNA發(fā)生復(fù)制時(shí)，DNA受損產(chǎn)生缺陷的頻率會(huì)更高，這樣的事情每天都在人體中重演上百萬次.

而我們身體細(xì)胞內(nèi)的各種遺傳物質(zhì)并不會(huì)瓦解、演變成為一場(chǎng)無序的混亂，原因則在于一系列的分子機(jī)制持續(xù)監(jiān)視并修復(fù)著DNA.2015年瑞典、美國、土耳其三位科學(xué)家Tomas Lindahl、Paul Modrich和Aziz Sancar正是因“DNA修復(fù)的機(jī)制研究”而榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng).他們從分子水平上揭示了細(xì)胞是如何修復(fù)損傷的DNA以及保護(hù)遺傳信息的.他們的研究工作為人們了解活體細(xì)胞是如何工作提供了最基本的認(rèn)識(shí)，并有助于很多實(shí)際應(yīng)用，比如癌癥新療法的開發(fā).

一、癌癥新療法的開發(fā)

準(zhǔn)確的說，很多種癌癥發(fā)病的一個(gè)重要因素就是生物體內(nèi)部某些修復(fù)機(jī)制壞了，為什么會(huì)有癌癥？癌癥是因?yàn)檎５募?xì)胞出現(xiàn)了突變，或DNA出了錯(cuò)，如原癌基因、抑癌基因等發(fā)生了突變，導(dǎo)致細(xì)胞不再按照本來正常規(guī)定的工作去運(yùn)行.即使修復(fù)機(jī)制完好的時(shí)候，它也不是萬能的，修復(fù)率可能一千個(gè)里面會(huì)漏掉一個(gè)，修復(fù)也會(huì)犯錯(cuò)誤.但是在修復(fù)機(jī)制完好的時(shí)候，癌癥是比較難出現(xiàn)的，一旦眾多修復(fù)機(jī)制有一兩個(gè)壞掉了，這時(shí)候犯錯(cuò)誤的概率就大大增加，細(xì)胞突變成癌細(xì)胞的概率大大增加.修復(fù)機(jī)制也是隨機(jī)突變導(dǎo)致的，但科學(xué)家們研究知道，它壞了可以想辦法修它，或者是就反過來讓它壞的更徹底，讓癌細(xì)胞徹底死掉，這是癌癥新療法開發(fā)的一條新思路.

1953年，沃森和克里克提出DNA分子規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，直到20世紀(jì)70年代早期，科學(xué)家們普遍認(rèn)為DNA是一種非常穩(wěn)定的分子，但Tomas Lindahl卻發(fā)現(xiàn)，DNA會(huì)以一定的速率發(fā)生衰變——按此速率，地球上的生物甚至都不該存在并發(fā)展下來的.這讓他揭示了一種分子機(jī)制——堿基切除修復(fù)，該機(jī)制不斷地抵消了DNA的崩潰.

Aziz Sancar繪制出了核苷酸切除修復(fù)機(jī)制，細(xì)胞利用切除修復(fù)機(jī)制來修復(fù)UV造成的DNA損傷.天生缺失這種機(jī)制的人如暴露在太陽光下，可導(dǎo)致皮膚癌的發(fā)生.細(xì)胞還可利用此機(jī)制修復(fù)致突變物或其他物質(zhì)引起的DNA損傷.

Paul Modrich證明了細(xì)胞在有絲分裂時(shí)如何去修復(fù)錯(cuò)誤的DNA，這種機(jī)制就是錯(cuò)配修復(fù).錯(cuò)配修復(fù)機(jī)制使DNA復(fù)制出錯(cuò)幾率下降了一千倍.如果先天缺失錯(cuò)配修復(fù)機(jī)制可導(dǎo)致癌癥的發(fā)生，例如遺傳性結(jié)腸癌的發(fā)生.

細(xì)胞DNA修復(fù)機(jī)制是如何工作的，掌握了這些知識(shí)，就可以用來研發(fā)新型治療癌癥的方法.

二、DNA修復(fù)相關(guān)試題分析

DNA修復(fù)的細(xì)胞機(jī)制方面的研究，這是當(dāng)今生命科學(xué)研究中一偉大發(fā)現(xiàn).現(xiàn)采編一組DNA修復(fù)相關(guān)的試題，通過試題分析有助于讀者進(jìn)一步了解DNA修復(fù)的機(jī)理.

例1 2015年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了研究DNA修復(fù)細(xì)胞機(jī)制的三位科學(xué)家，細(xì)胞通過DNA損傷修復(fù)可使DNA在復(fù)制過程中受到損傷的結(jié)構(gòu)大部分得以恢復(fù).圖1為其中的一種方式——切除修復(fù)過程示意圖.下列有關(guān)敘述不正確的是（? ）.

A.圖示過程的完成需要限制酶、解旋酶、DNA聚合酶、DNA連接酶等的共同作用

B.圖中二聚體的形成可能受物理、化學(xué)等因素的作用所致

C.圖示過程涉及到堿基互補(bǔ)配對(duì)原則

D.DNA損傷修復(fù)降低了突變率，保持了DNA分子的相對(duì)穩(wěn)定性

解析 從圖1 DNA修復(fù)過程可見，切除二聚體，需斷開磷酸二酯鍵，離不開限制酶的準(zhǔn)確切割;DNA單鏈切口延伸合成離不開DNA聚合酶;DNA單鏈切口的縫合離不開DNA連接酶.DNA修復(fù)全過程不同于DNA復(fù)制，不需要解旋酶，故A錯(cuò).圖中二聚體的形成屬于基因突變，可能受物理、化學(xué)等因素的作用所致.通過DNA損傷修復(fù)降低了突變率，有助于保持DNA分子的相對(duì)穩(wěn)定性.

答案：A

例2 2015年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了研究DNA修復(fù)細(xì)胞機(jī)制的三位科學(xué)家.基因治療的基本原理是用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將目的基因?qū)嘶颊呤荏w細(xì)胞，對(duì)DNA分子進(jìn)行糾正或修復(fù)，從而達(dá)到治療疾病的目的，這種對(duì)DNA的修復(fù)屬于 （? ）.

A.基因轉(zhuǎn)換?? B.基因突變

C.基因重組D.基因遺傳

解析 基因治療是用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將目的基因?qū)嘶颊呤荏w細(xì)胞，屬于基因工程的具體應(yīng)用，其基本原理是基因重組.

答案：C

例3 P53基因能編碼一個(gè)由393個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)可與DNA發(fā)生特異性結(jié)合以阻止損傷的DNA復(fù)制，促使DNA自我修復(fù)，如修復(fù)失敗則引起細(xì)胞出現(xiàn)“自殺”現(xiàn)象.下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（? ）.

A.與P53蛋白質(zhì)的合成有關(guān)的細(xì)胞器是核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體

B.細(xì)胞分裂過程中若DNA受損，P53蛋白質(zhì)可使間期時(shí)間延長(zhǎng)

C.癌細(xì)胞的形成可能與P53基因突變有關(guān)

D.細(xì)胞出現(xiàn)“自殺”現(xiàn)象屬于細(xì)胞凋亡

解析 P53蛋白質(zhì)屬于胞內(nèi)蛋白，不屬于分泌蛋白，其合成場(chǎng)所為細(xì)胞內(nèi)游離的核糖體，一般不會(huì)涉及到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體的加工合成.P53蛋白質(zhì)與DNA發(fā)生特異性結(jié)合以阻止損傷的DNA復(fù)制，使間期時(shí)間延長(zhǎng).而癌細(xì)胞由基因突變引起，能無限增值，可見DNA已無法自我修復(fù)，可推測(cè)細(xì)胞內(nèi)不能合成P53蛋白質(zhì)，這可能與P53基因突變有關(guān).DNA修復(fù)失敗則引起細(xì)胞出現(xiàn)“自殺”現(xiàn)象，這不同于細(xì)胞壞死，有利于維持生物內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定，應(yīng)屬于細(xì)胞凋亡.

答案：A

例4 著色性干皮癥是一種常染色體隱性遺傳病，起因?yàn)镈NA損傷，患者體內(nèi)缺乏DNA修復(fù)酶，DNA損傷后不能修補(bǔ)從而引起突變.這說明一些基因（? ）.

A.通過控制酶的合成，從而直接控制生物性狀

B.通過控制蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，從而直接控制生物性狀

C.通過控制酶的合成來控制代謝過程，從而控制生物性狀

D.可以直接控制生物性狀，發(fā)生突變后生物性狀隨之改變

解析 基因控制生物性狀通常分兩種方式，一種為基因控制蛋白質(zhì)的合成直接控制生物性狀，如鐮刀形細(xì)胞貧血癥;另一種為基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，從而控制生物性狀.著色性干皮癥因DNA損傷，患者體內(nèi)缺乏DNA修復(fù)酶，導(dǎo)致DNA損傷后不能修補(bǔ)從而引起突變癥狀，故

選C.

答案：C

例5 P53蛋白對(duì)細(xì)胞分裂起監(jiān)視作用.P53蛋白可判斷DNA損傷的程度，如果損傷較小，該蛋白就促使細(xì)胞自我修復(fù)（過程如圖2所示），若DNA損傷較大，該蛋白則誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡.下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（? ）.

A.P53蛋白可使DNA受損的細(xì)胞分裂間期延長(zhǎng)?

B.P53蛋白可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的基因選擇性表達(dá)

C.抑制P53蛋白基因的表達(dá)，細(xì)胞將不能分裂

D.若P53蛋白基因突變，則可能導(dǎo)致細(xì)胞癌變

解析 從圖2過程可見，P53蛋白與損傷DNA結(jié)合后，細(xì)胞分裂停止，P53蛋白激活DNA修復(fù)酶，DNA修復(fù)后細(xì)胞繼續(xù)分裂，故P53蛋白可使DNA受損的細(xì)胞分裂間期延長(zhǎng).若抑制P53蛋白基因的表達(dá)，細(xì)胞內(nèi)沒有P53蛋白，損傷DNA能進(jìn)行復(fù)制，細(xì)胞能進(jìn)行分裂，如癌細(xì)胞.

答案：C

例6 ?“今又生”是我國為數(shù)不多的首創(chuàng)基因治療藥物之一，由我國科學(xué)家于1998年開始研制的.其本質(zhì)是利用腺病毒和人P53基因（抑癌基因）拼裝得到的重組病毒.人的P53蛋白可對(duì)癌變前的DNA損傷進(jìn)行修復(fù)，使其恢復(fù)正常，或誘導(dǎo)其進(jìn)入休眠狀態(tài)或細(xì)胞凋亡，阻止細(xì)胞癌變.“今又生”的載體采用第一代人5型腺病毒，其致病力很弱，其基因不整合到宿主細(xì)胞的基因組中，無遺傳毒性;載體經(jīng)基因工程改造后，只對(duì)細(xì)胞實(shí)施一次感染，不能復(fù)制，不能污染.請(qǐng)回答下列問題：

（1）在“今又生”的生產(chǎn)中，為了獲得更高的安全性能，在載體一般應(yīng)具備的條件中，科學(xué)家選擇性地放棄了一般載體都應(yīng)該具有的.檢測(cè)P53基因的表達(dá)產(chǎn)物，還可以采用技術(shù).

（2）如果要獲取人類基因組中抑癌基因P53，可以采取的方法通常包括和通過化學(xué)方法人工合成.目的基因的大量擴(kuò)增則可以采用，該技術(shù)中需使用的一種特殊的酶是.

（3）在研究中如果要獲得胚胎干細(xì)胞進(jìn)行研究，則胚胎干細(xì)胞可來源于囊胚期的，或胎兒的原始性腺，也可以通過技術(shù)得到重組細(xì)胞后在進(jìn)行相應(yīng)處理獲得.在哺乳動(dòng)物早期發(fā)育過程中，囊胚的后一個(gè)階段是.

解析 （1）基因表達(dá)載體的構(gòu)建一般都含有目的基因、啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因和復(fù)制原點(diǎn)，為了防止載體的復(fù)制，需放棄載體中的復(fù)制原點(diǎn).檢測(cè)外源基因的表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)時(shí)，可采取抗原-抗體雜交法.

（2）獲取目的基因的方法有從基因文庫中獲取和人工合成法，目的基因擴(kuò)增的方法為PCR技術(shù)，該技術(shù)中需要的特殊酶是耐高溫的Taq酶.

（3）胚胎干細(xì)胞來源于囊胚期的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)或胎兒的原始性腺.胚胎干細(xì)胞也可通過核移植技術(shù)得到重組細(xì)胞后經(jīng)早期胚胎培養(yǎng)獲得，囊胚期的后一個(gè)階段是原腸胚期.

答案：（1）復(fù)制原點(diǎn) ?抗原——抗體雜交法 （2）從基因文庫中獲取 PCR Taq酶 （3）內(nèi)細(xì)胞團(tuán) 核移植? ?原腸胚

（收稿日期：2018-11-20）