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1、耐輻射球菌DR引言盡管地球上的生物都存在一定程度的DNA損傷修復(fù)能力，但它們普遍無法理想修復(fù)電離輻射帶來的損傷。然而20世紀50代的一項發(fā)現(xiàn)，為我們研究如何提高生物的抗輻射能力開啟了一扇新的視窗。1956年，美國科學(xué)家Anderson等[1]發(fā)現(xiàn)一種叫耐輻射球菌（Deinococcusradiodurans，DR）的粉色微球菌，因其對紫外、電離輻射、干燥及一些DNA氧化損傷劑等[2]具有超強抗性，而一直倍受生物醫(yī)學(xué)以及核醫(yī)學(xué)界的高度重視[3-8]，它也是截至目前人類在地球上所發(fā)現(xiàn)的輻射抗性最強的生物之一。b，由
2、四個環(huán)狀分子組成，包括染色體1和染色體2、大質(zhì)粒、小質(zhì)粒，其基因組中90.9%的區(qū)域可編碼蛋白質(zhì)。根據(jù)NCBI公布結(jié)果，該菌株有可預(yù)測其功能結(jié)構(gòu)域的基因3195個，其中功能結(jié)構(gòu)域未知的DR菌獨有的基因達1002個。DR菌能動員1/3的基因組參與修復(fù)，使DR從致死的輻射損傷中存活下來。該菌十余小時就能精確修復(fù)由輻射造成的上千個斷裂的DNA雙鏈，而對于其他絕大多數(shù)的生物而言，少數(shù)的幾個DNA雙鏈斷裂都將是致死性的。該菌超強的抗輻射性，比大腸桿菌高出200多倍[10]，是20kGy劑量輻照下唯一存活的物種[11]。該
3、菌株幾乎三分之一的基因為其基因組所特有。因此，研究該菌特有的與DNA修復(fù)及抗氧化功能相關(guān)的新基因，并闡明它們的生物學(xué)功能，會幫助我們更好地理解DR菌的極端抗性，這將為人類研究生物體輻射損傷防御體系，和研發(fā)抗輻射損傷技術(shù)提供新的設(shè)計思路與模型。隨著科學(xué)家們對DR菌的這種極端抗性機制的不斷研究，一些與輻射抗性有關(guān)的酶以及蛋白已經(jīng)陸續(xù)地被報道，目前已有報道對一些重要的蛋白功能及其作用機制進行研究。有研究發(fā)現(xiàn)，對DR菌進行低劑量(3000Gy)輻射可激活DR_0221，DR_2566，DR_B0135三個基因（編碼區(qū)類
4、似短修補核酸家族），它們可能參與短片段的高效修復(fù)等[12]。同時另有研究報道，DR菌經(jīng)過800J/m2紫外輻射后DR_2566基因的表達上調(diào)[13]。本實驗室利用KEGG與NCBI的ConservedDomain在線工具對DR_2566蛋白進行生物信息學(xué)分析其保守結(jié)構(gòu)域（如圖1），DR_2566為限制性內(nèi)切酶家族（restriction_endonuclease_likesuperfamily）的一個成員，該家族包括極短補丁修復(fù)（VSR）內(nèi)切酶，MutH甲基化介導(dǎo)的錯配修復(fù)（mismatchrepair，MMR
5、）內(nèi)切酶，結(jié)構(gòu)特異性內(nèi)切酶，含催化結(jié)構(gòu)域的限制性內(nèi)切酶，參與復(fù)制、重組和修復(fù)活動等。其結(jié)構(gòu)域COG2852具有極短補丁修復(fù)核酸內(nèi)切酶（Vsr）功能。基于以上研究成果，我們推測，DR_2566可能在DNA修復(fù)途徑中起著重要的作用，但目前DR_2566在DR菌的功能尚不清楚。有待我們開展深入地研究。VSR是DNA修復(fù)途徑之一，能在CC(A/T)GG和其他相似序列糾正T•G錯配到正確的C•G[14]。VSR由vsr基因編碼的Vsr核酸內(nèi)切酶啟動，Vsr過表達時，突變株大量的變異導(dǎo)致Dcm甲基化獨立
6、[15,16]。高效的VSR需要MutS和MutL的參與。同時，這兩個蛋白也在錯配修復(fù)（MMR）過程中發(fā)揮重要的作用[17]。在許多細菌中，T•G錯配可被DNA轉(zhuǎn)葡糖基酶或VSR系統(tǒng)修復(fù)[18，19]?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在大腸桿菌E.coli中存在兩種修復(fù)途徑即錯配修復(fù)（MMR）和極短補丁修復(fù)（VSR），能使該菌DNA受到5-甲基胞嘧啶的脫氨基作用而導(dǎo)致發(fā)生錯配的T•G恢復(fù)為正確的C•G[20]。有研究結(jié)果指出，當細胞缺失Dam或MutL時，修復(fù)功能不受影響，而細胞缺失VSR相關(guān)蛋白時
7、Ada和Ogt甲基轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的O(6)mG•T時，修復(fù)能力有下降趨勢。有數(shù)據(jù)證明VSR的存在可以高效修復(fù)O(6)mG•T錯配。鳥嘌呤的甲基化可以穩(wěn)定復(fù)制過程中出現(xiàn)的G•T堿基對，導(dǎo)致G•T錯配的產(chǎn)生，這種錯配具有細胞毒性，可致細胞死亡或產(chǎn)生G•C到A•T的中間突變型。Ada和Ogt甲基轉(zhuǎn)移酶的半胱氨酸硫醇鹽殘基催化O(6)mG產(chǎn)生鳥嘌呤。RyePT等發(fā)現(xiàn)當細胞缺失Dam或MutL時，DNA修復(fù)功能不受影響，而細胞缺失VSR相關(guān)蛋白時Ada和Ogt甲基轉(zhuǎn)
8、移酶介導(dǎo)的O(6)mG•T修復(fù)能力有下降趨勢。有數(shù)據(jù)證明VSR的存在可以高效修復(fù)O(6)mG•T錯配[20]。HeinzeRJ等通過采用生物化學(xué)和生物物理學(xué)方法研究MutL和Vsr的相互作用來闡述MMR與VSR這兩種修復(fù)T•G錯配途徑的競爭和協(xié)同作用。分析超速離心實驗證實Vsr和MutLN末端結(jié)構(gòu)域的相互作用依賴于核苷酸。通過化學(xué)交聯(lián)法我們繪制了MutL的
