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2021-10-13 13:27

探索遗传前沿以改善人类健康

dna

质疑人类遗传学是如何工作的是一回事,但质疑科学是否能够创造一个全新的遗传系统是另一回事。

德克萨斯农工大学的化学家Jonathan Sczepanski希望通过分子和细胞生物科学部颁发的两笔总计近200万美元的国家科学基金会赠款来实现这两项目标。

他的团队获得的第一个奖项专注于理解DNA化学修饰的途径,他说这在正常生物学和疾病(包括癌症)中都很重要。第二个奖项是与加州索尔克研究所(Salk Institute)的一个团队合作获得的,该团队专注于开发“以与已知生物学完全不同的方式运作”的新型遗传系统。

Sczepanski,德克萨斯州癌症预防和研究所(CPRIT)癌症研究学者,2015年加入化学系。他的研究结合了化学生物学、核酸化学、分子生物学的专业知识,并指导进化以解决生物学相关问题和人类健康需求。

Sczepanski指出,在复杂的基因组中,比如人类基因组中,甲基的加入会对DNA进行化学修饰。建立和维护这些甲基修饰的适当模式是一个精心设计的过程,不仅包括甲基的添加,还包括甲基的去除——这一过程被称为去甲基化。Sczepanski和他的研究小组正在研究去甲基化途径中的一种关键酶,胸腺嘧啶DNA糖化酶(TDG),是如何在保留其他甲基的情况下定位并移除正确的甲基的——这是一个直接应用于疾病和潜在治疗的重要问题。

Sczepanski说:“从基因组中准确去除甲基对人类的正常发育至关重要,而这一过程的失调会导致许多常见疾病。”“例如,DNA甲基的异常定位是癌细胞的特征之一。因此,通过揭示TDG调控的机制,我们希望推进我们对疾病病因学的理解,为未来的临床应用提供动力。”

就像左手和右手一样,复杂的生物分子及其镜像在结构上是截然不同的,这种特性被称为手性。Sczepanski指出,即使是在地球上所有生命中发现的遗传物质——核酸、DNA和rna——都是手性分子,可以以左旋或右旋的形式存在。然而,碰巧的是,地球上所有的生命都使用右撇子DNA和RNA,而它们的镜像,左撇子DNA和RNA,既不是由细胞机器制造的,也不是由细胞机器识别的。

Sczepanski说:“左旋核酸固有的‘不可见性’为我们提供了一个开发新一代疗法和合成材料的机会,以抵抗生物破坏。”“不幸的是,在镜子上设计生物学的工具还不存在。”

在与索尔克生物研究所的同事合作中,Sczepanski提议使用最近开发的右手核酸酶,即“交叉手性”酶,来合成非自然的左手核酸。简单地说,研究小组将使用右撇子核酸来制造左撇子核酸,反之亦然。Sczepanski解释说,这个项目的近期目标是提供一套强大的工具来生成镜像核酸,他认为这将促进下一代治疗学、诊断学和其他生物医学技术的未来发展。

“从长远来看,我们希望构建一种替代形式的遗传学,在镜子的作用下,证明同手性——或者只使用右手核酸——对生物组织不是必需的,”Sczepanski说。