基因與基因體學 科學報導

5月主題:DNA複製及其做為疾病治療的潛力

DNA複製在演化的過程中保守性高且為生物遺傳的基礎。從原核生物的細菌到真核生物的人類細胞都必須經過DNA複製及細胞週期進而維持細胞的正常生長及增殖。然而DNA複製需要透過非常精密且複雜的機制所調控,一有差錯將會導致基因突變,嚴重者更會導致疾病 [1]。

DNA複製是指細胞以雙股DNA作為模板(Template)於細胞週期S期(S phase)合成子代DNA的過程。剛開始,雙股DNA會被解螺旋酶(Helicase)鬆開成單股DNA,再與新合成DNA形成複製叉(Replication fork),而後續的延長過程(Elongation)還有DNA聚合酶(DNA polymerase)、DNA引子酶(DNA primase)、DNA接合酶(DNA ligase)等蛋白會參與,直到DNA複製結束(Termination)。

事實上,DNA複製的整個過程容易受到阻礙 [2],而造成這些阻礙的因子被稱為DNA複製壓力(DNA replication stress),例如:DNA傷害(DNA damage)﹑異染色質(Heterochromatin;註一)、與DNA複製無關的蛋白質障礙、非右旋的DNA結構(non-B DNA structures)、以及正在進行轉錄(Transcription)的DNA區域等。因此,DNA複製的過程中遇到這些壓力時,細胞會啟動複製檢查點機制(Replication checkpoint),暫時停止S期,並開始相關的修復機制,而這機制也成為科學家的研究重點。

在本月小新聞主題中,我們將從「DNA複製起始(DNA replication initiation)」、「DNA複製壓力及複製檢查點的調控(DNA replication stress and replication checkpoint regulation)」、「DNA複製及基因體穩定度的關聯(The link between DNA replication and genome integrity)」、以及「DNA複製與疾病的相關性」等觀點介紹近幾年以DNA複製為主軸的研究及該如何利用現有研究成果研發疾病的療法,請各位讀者拭目以待。

        註一:異染色質為一種高度纏繞的DNA結構,使DNA不容易進行複製。

圖片說明:此為正在進行的DNA複製。
圖片來源:https://www.youtube.com/watch?v=5qSrmeiWsuc

參考文獻:

  1. Newlon, C. S. (2007). DNA Replication and Human Disease. Nature Cell Biology, 9(4), 356-356. https://doi.org/10.1038/ncb0407-356
  2. Gaillard, H., García-Muse, T., & Aguilera, A. (2015). Replication stress and cancer. Nature Reviews Cancer, 15(5), 276-289. https://doi.org/10.1038/nrc3916

撰文|蕭皓文
審稿|黃子瑄

About the author

蕭皓文

蕭皓文

目前為東京大學醫科博士班學生,主要探討免疫細胞發育的分子機轉。曾在中研院做免疫療法的相關研究。喜歡科學也喜歡與不同領域的人交流。

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