托马斯曼诺贝尔奖小说|【2015诺贝尔奖】托马斯·林达尔自述：通向DNA修复之路
2015年诺贝尔化学奖得主之一，托马斯·林达尔（Tomas Lindahl）跟DNA打了近半个世纪的交道。这位原本的医学生在基础研究领域做出了一系列重要成果。他在探索DNA修复机制的过程中经历过什么？且看他亲自讲述：
托马斯·林达尔和保罗·莫德里奇、阿齐兹·桑贾尔共享了今年的诺贝尔化学奖。图片来源：nobelprize.org
在我的研究生涯早期，大概1975或1976年吧，我从转染有EB病毒（人类疱疹病毒第四型）的伯基特淋巴瘤和鼻咽癌患者细胞中观察到，EB病毒的DNA出现了两种形态：除了整合到细菌DNA内部的片段之外，还出现了不被整合到宿主基因组的共价闭合环。这在当时十分令人惊讶，它比其他实验室后来在乳头瘤病毒上进行的类似研究都要早。
在20世纪70年代到80年代，我的一项主要研究成果，在于描述并量化了自发的内源性DNA损伤。令人惊讶的是，此过程中的主要事件，比如水解脱嘌呤、胞嘧啶残基脱氨基、鸟嘌呤和嘧啶残基的氧化以及腺嘌呤残基甲基化生成3-甲基腺嘌呤，总数量惊人——人体内每天会出现约10000个这样的潜在变异和细胞毒性变化。这些结果明确表明，一定存在特殊的DNA修复酶和机制，来抵消内源性DNA损伤。
我因此产生了了解DNA修复机制本质的热情。《自然》发表过一项综述文章，讨论内源性DNA损伤和它的修复。我发现了“碱基切除修复”的途径——这是内源性DNA损伤的主要细胞防线。后来，使用提纯蛋白，我们重构了碱基切除修复的两种变体：短补丁/长补丁。我发现了几种未曾为人所知的DNA修复酶作用模型，包括：（i）一种能催化碱基-糖键分裂的DNA糖基化酶（尿嘧啶-DNA糖基化酶）、3-甲基腺嘌呤DNA糖基化酶和释放氧化碱基残基的DNA糖基化酶。（ii）在无碱基的糖-磷酸残基上剪裁DNA双链的AP核酸内切酶（和沃尔特教授（Walter Verly）同时独立研究）。（iii）O6-甲基鸟嘌呤 - DNA甲基转移酶（MGMT，一种Ada蛋白：它能以不可逆的方式，从烷基化的DNA上，把一个促突变甲基基团，移到酶自己身上的一个特殊的半胱氨酸残基上）。（iv）DNA双加氧酶：（AlkB蛋白和它的同系物）：它能从烷基化的碱基残基上移走某些有细胞毒性的甲基基团，办法是在铁和氧代戊二酸的存在下完成氧化脱甲基化的反应（和芭芭拉博士（Barbara Sedgwick）、俄林教授（Erling Seeberg）一起研究）。这种DNA修复机理也推动人们发现了几组新的酶——FTO和ALKBH5，它们可以对一种全新的表观遗传标记RNA m6A进行去甲基化。
DNA修复的相关酶促反应机制模型。图片来源：Tomas Lindahl. Genomics, Proteomics & Bioinformatics, Volume 11, Issue 1, February 2013, Pages 2–7
值得一提的是：我（与让?卡戴特教授合作）发现了一种复杂、并且化学性质稳定的DNA氧化损伤——环式嘌呤脱氧核糖核苷酸。与其他DNA氧化损伤不同，它的修复仅能由核苷酸切除修复完成。此外，我（与博士后研究员瑞克?伍德博士合作）建立起了不用人体细胞的依赖ATP的核苷酸切除修复系统。这个分析系统通过体外互补实验实现，它使纯化XPA（这一蛋白质在有修复缺陷的着色性干皮细胞中是缺失的）等蛋白质成为可能。
我对辨识和描述在真核细胞中的DNA连接酶是非常有兴趣的，它需要ATP而不是NAD作为辅基，这和大多数的细菌连接酶是有区别的。在哺乳动物的细胞中，主要的DNA连接酶包括：DNA连接酶I型（负责复制和修复），DNA连接酶III型（负责碱基切除修复），以及DNA连接酶IV型（负责非同类末端结合）。和Lee Johnston博士合作，DNA连接酶I型在1990年被克隆和测序，这让我们能够定位酶 - 腺苷酸复合物形成的活性位点。在此之前，人们观察到DNA连接酶I型在人类疾病中出现了变化，这些观测结果得到了部分的证实。
此外，我还发现并描述了哺乳动物细胞核内的两个主要的DNA特异性核酸外切酶，最开始被命名为DNase III和DNase IV，现在则分别被叫做TREX1和FEN1。FEN1是一种5-3核酸外切酶，这种复制和修复因子可以从DNA中剔除悬垂和翘起片段（该研究和迈克尔·利伯博士同期独立进行）。TREX1则是作用于DNA单链的3-5核酸外切酶。最近的研究表明，人体细胞如果失去TREX1会导致一种遗传性系统性红斑狼疮（SLE），被称作艾卡迪尔综合征（Aicardi-Goutières syndrome）（和雅尼克博士（Yanick Crow）共同完成）。2007年，我们发现单链DNA会在不含TREX1的细胞内积累，并造成持久的检查点激活（和同事杨运桂博士以及德伯拉博士（Deborah Barnes）共同完成）。
除发现了几个DNA修复酶之外，我也观察到了Ada蛋白的自甲基化，在调节域内甲基化了一个半胱氨酸残基。这是DNA磷酸三酯修复的结果，让Ada蛋白变成了一个转录因子。这项工作在1986年发表，是第一个转录后修饰事件能激活一个转录因子的实例。
除了我自己的科学研究之外，我也在管理许多实验室上花费了时间，并仍然对各家实验室各自的研究观念和方向上提供建议。作为帝国癌症研究基金会（ICRF）剑桥大学克莱尔学堂（Clare Hall）实验室和英国癌症研究院（Cancer Research UK）的前负责人，我很高兴看到克莱尔学堂实验室成为国际知名的研究DNA修饰的实验室。我也很高兴看到我很多前任同事在他们的学术领域获得了成功。
我仍然很享受做科学研究。它让人快乐，它有趣，它刺激。它一直在改变。我真希望能活到一百岁，看着科学如何发展。
来源：果壳网
本文来源：https://www.oubohk.cn/huaxue/359015/
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