[生物通讯]大多数人类细胞每次分裂时，都有46条染色体和6尺长的DNA需要复制，因此终产物中出现缺口和断裂也就不足为奇了－－尤其是当细胞处在快速分裂的压力下时，如在癌症中。

    但根据密歇根大学医学院的遗传学家Thomas Glover博士，惊人之处在于断裂并不总是随机发生的。它们发生在染色体的一些特殊位点上－－当细胞处于压力之下时，细胞周期中DNA复制的阶段，以及细胞分裂为两个完全相同的子细胞时。

    科学家称这些位点为脆性位点（fragile site），但造成这些位点遗传不稳定性的原因还是一个谜。现在，Glover和他在密歇根大学以及Howard Hughes医学研究院的同事发现，一种叫做ATR的蛋白为脆性位点提供保护，防止它们在DNA复制期间断裂。有关研究结果发表在12月13日期的《细胞》（Cell）杂志上。

    这项发现意义重大，因为这是发现的首个调控染色体脆性位点的基因组稳定性的主要分子通路。由于脆性位点断裂在一些肿瘤细胞中是十分平常的事情，常常发生于肿瘤相关基因的附近，因而ATR蛋白通路或许与癌症的发育有关。

    目前人类基因组中已经识别出75个脆性位点，但大多数都十分罕见，Glover解释说，他是该研究的领导人，密歇根大学医学院的人类遗传学与小儿科教授。“所有染色体断裂中，80％都发生在20个位点上，5个位点负责了将近一半的断裂。”Glover说。

    脆性位点很大，可延伸至超过数十万个碱基对。“最常见的脆性位点－－FRA3B横跨了至少50万个碱基。”该研究的第一作者、密歇根大学医院院的人类遗传学研究生Anne M. Casper解释说。“在不同的细胞分裂期－－即细胞分裂为两个完全一致的子细胞时，FRA3B在这个50万碱基的区域的不同点发生断裂，而这个区域中含有一个可能的肿瘤抑制基因－－FHIT。”

    Glover 认为Casper的发现表明ATR是脆性位点损伤控制的关键。然而当Casper 刚开始研究时，她更感兴趣的是一个叫做ATM的相关蛋白，这个蛋白能够识别复制染色体上一个特殊类型的DNA损伤。

    “ATM是这样应答DNA双链的断裂的：向细胞发送信号，令其停止复制直到损伤修复。”Casper解释说。“但当我们研究不含ATM的细胞时，发现脆性位点的稳定性与正常细胞比较起来没有差异。”

    “原来还有一个由ATR基因控制的并列通路，这个通路识别脆性位点的DNA损伤。”Casper 补充说。“ATR终止的并非DNA双链的断裂，而是复制叉，DNA的复制就在这里被阻断，ATR发出一个化学信号告诉细胞关闭复制直到这个问题得到解决。”

    为查明缺席ATR蛋白时，DNA复制期间会发生什么，Casper用3种不同技术阻断人类细胞培养物种ATR的表达。为使细胞处于压力之下，她用阿非迪霉素（Aphidicolin）－－一种阻滞DNA损伤后修复过程的药物对细胞培养物进行处理。Casper 发现，不含ATR蛋白的细胞株与作为对照的正常细胞株相比，脆性位点的断裂多出了5到10倍。

    “如果细胞在不复制脆性位点的情况下完成细胞周期，且细胞进入分裂中期，我们就假定认为细胞进入中期时染色体上出现一个缺口。”Glover说。“这会导致DNA双链断裂，染色单体重排以及各种发生的异常。”

    Casper发现，增加不含ATR细胞培养物中阿非迪霉素的含量，会导致更多的脆性位点断裂。然而她强调说，还需要进行进一步研究以了解活生物体中处于压力之下的细胞在DNA复制期间是否发生更多的染色体断裂，以及这些断裂可能产生怎样的影响。

    “ATR调控着控制细胞复制的信号链中的几个重要蛋白的活性。”Casper说。“它的主要靶点之一就是BRCA1。BRCA1基因突变会增加乳腺癌风险。缺乏BRCA1蛋白的细胞具有很大的遗传不稳定性，这已广为研究人员所知。

    Glover 研究脆性位点已有20多年，是第一个识别出最常见脆性位点的科学家。他在夏威夷大学做博士后研究叶酸缺失是如何导致一种罕见疾病－－脆性X染色体综合征－－的染色体断裂时，第一次注意到所有染色体上的这些位点。该综合征的男性患者发生严重智力迟钝。Glover 还证明，暴露于极高剂量咖啡因之中的细胞培养物发生更多的脆性位点断裂。

    关于脆性位点，最诱人的一件事就是，这些位点存在于人类、灵长类动物、小鼠甚至可能酵母中，Glover说。”这些位点是DNA上倾向于断裂的区域，很难复制，因此为什么它们在进化上仍然保守地存在了几百万年？进化本应该早就将它们排除了，除非有什么很好的理由应该保留它们。但在目前，我们只能猜测可能的原因。”

    这项研究由美国国家卫生院资助。Anne Casper由美国国家科学基金会提供的博士前奖学金资助。其他研究人员还包括密歇根大学医学院人类遗传学博士后研究人员Martin F. Arlt博士、Howard Hughes医学研究院在哈佛大学和Dana-Farber 癌症研究院从事博士后研究工作的Paul Nghiem博士。

联系信息：Sally Pobojewski pobo@umich.edu 734-615-6912 密歇根大学健康系统

消息来源：密歇根大学

生物通编译自BIO.COM