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3D 打印遗传模型或将助力癌症治疗

  生命之谜如此复杂,最吸引人的一个话题涉及DNA。1953年,Watson和Crick首次发现双螺旋结构而证明DNA的存在。DNA被认为是揭秘生命之谜的根本。一个可用来帮助研究DNA极细微内部结构的工具就是3D打印

  日前,美国文安德研究所、布鲁克林国家实验室、纽约州立大学石溪分校和英国伦敦帝国学院的研究人员发布论文,详述了DNA自我复制的机制。论文描述道,为了进行近乎奇迹般的自我复制,DNA必须在双螺旋结构的缝隙中释放高度重要的信息。

  DNA通过“解链”释放信息,当复制完成时,DNA重组继续保护这些重要信息。

  我们没有完全理解的是这些压缩和解压缩是如何进行的。允许DNA运作和生存的这样一套“机器”高度复杂,涉及成百上千个成分共同工作,否则整套过程就会崩溃。研究人员认为,其中一个成分Cdc6(细胞分裂周期蛋白6)是“解链/重组”过程中一个关键的蛋白质。问题是:用什么方式进行?

 

 该过程有有个一个重要的成分,DNA螺旋酶。DNA螺旋酶就像是负责开或关的DNA链条顶部的一个钩扣。在此研究之前,人们相信蛋白质Cdc6 是DNA链条顶部的钩扣。为了验证是否如此,研究者们尝试了抑制Cdc6并且观察抑制Cdc6后这个DNA链条式如何停止工作的。

  如果Cdc6这个蛋白质负责粘附钩扣,那么撤掉Cdc6就意味着DNA链条就堵塞卡住,没有能力打开。然而,研究人员发现双螺旋结构仍能继续打开链条,但是再也没有完成复制活动。

  把这篇长篇论文简而言之,就是,Cdc6 看起来是启动细胞DNA复制的必需蛋白,其主要功能是促进“复制前复合体“形成,进而启动DNA复制。皇家大学临床科学中心DNA复制小组组长Dr. Christian Speck,用外行人也能读懂的语言解释他们的发现说:

  “想象你把一个扳手放在引擎上,或者撤走你平常组装时用的工具。这个引擎就会卡住或停止工作。所以,Cdc6助推活动确保没有扳手影响工作,保持生产线顺利继续运行。可以说是Cdc6一种优质的控制蛋白质。”

  鉴于变异细胞强大的自我复制能力,变异细胞生长是很严重的问题。常规癌症治疗集中于摧毁这些变异细胞。这种治疗方式也会同时摧毁健康细胞的DNA。如果科学家能够开发新方法,仅仅通过关闭DNA复制机制,阻止癌细胞复制,那么将为癌症治疗开拓一片新天地。

  把这种通过阻止DNA复制来治疗癌症的设想付诸实践,除了要了解Cdc6以外,我们需要更多地了解各个成分是如何构建起DNA机制的。在Speck的实验室,该研究小组不仅可以用电子显微镜考察DNA的精细结构,而且可以把观察到的图像用3D打印机打印大型模型以供研究。合著者Co-author,同时也是纽约州立大学石溪分校的生物学家解释了3D打印DNA模型如何促进研究发展:

  “DNA展开机制的起源是非常神奇复杂和令人惊艳的。观察螺旋酶准备包围DNA并展开分子水平上的DNA帮助我们理解生命最基本的过程,也帮我们理解这个过程如何偶尔出差错。”

  研究者通过3D打印模型发现,如果他们阻止Cdc6加入DNA体制中,这个体制将会堵塞,意味着DNA复制过程就会中止。3D打印通过电子显微镜快速产生数据汇集到3D图像的实体模型的能力,意味着研究者可以花较少的成本、更短的等待时间,随时观察DNA模型并即时做出调整。

 

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