生命的基本形式回避了正常的复制过程

生命的基本形式回避了正常的复制过程

火山卤素在实验室条件下生长,并使用相衬显微镜成像。细胞被安装在一个琼脂垫上。来源:维基百科共用

来自诺丁汉大学的研究人员已经表明,在一些有机体中,基因开关控制着DNA复制是不必要的,当复制起点不存在时,细胞实际上会生长得更快。

诺丁汉大学(University of Nottingham)的研究人员发现,在地球上一些最恶劣的环境中发现的一种初级生命形式能够避开正常的复制过程,进行繁殖。

这项研究中,发表在《自然》杂志上古菌是一种单细胞生物,直到最近还被认为是一种细菌。

该研究由该大学生命科学学院的科学家们领导,为研究缺陷细胞如何在癌症等疾病中失控增殖提供了新的见解。

他们的发现与DNA复制领域的一个里程碑——1963年冷泉港DNA复制研讨会上由后来被授予诺贝尔医学奖的弗朗索瓦·雅各布(Francois Jacob)提出的复制子模型的50周年纪念是同一年。

意想不到的发现

托尔斯滕·阿勒斯博士说:“可悲的是,弗朗索瓦·雅各布今年去世了,但在这个理论提出50年后,它仍然指导着DNA复制的研究。”

“值此周年纪念之际,我们在《自然》杂志上发表的论文非常及时。我们已经证明,在一些有机体中,复制的起始点——控制DNA复制的基因开关——不仅是不必要的,而且当这些起始点不存在时,细胞实际上会生长得更快。这完全出乎意料,并迫使我们重新评估DNA生物学的基石之一。”yabo124

纸,加速经济增长没有DNA复制的起源,被托尔斯滕阿勒斯博士合著,康拉德Nieduszynski和米歇尔·霍金斯博士在大学生命科学学院的博士合作时候沿着DeepSeq和马丁•布莱斯博士,学校的最先进的DNA测序实验室。

古菌最初是在极端环境中被发现的,可以在非常高或非常低的温度下,或在高盐、酸性或碱性的水中存活。它们与细菌和真核生物一起构成了生命的三个不同分支之一,真核生物是包括人类、其他动物、植物和真菌在内的多细胞有机体。在遗传水平上,古生菌被发现与真核生物更接近,因此与人类,而不是与细菌。诺丁汉大学的科学家们正在研究的这个喜盐的Haloferax火山来自死海。

基本的生活?

阿勒斯博士补充说:“尽管古生菌看起来像细菌,行为也像细菌,但它们实际上与我们的关系更近。我们真正看到的相似之处是当我们观察负责DNA复制的酶时这就是为什么我们认为这将是一个有趣的研究系统。我们找到了生命,但不是我们所知道的那样:它们外表看起来像细菌,但内部看起来像我们。”

“我们发现的是,在这种古生菌中,弗朗索瓦·雅各布50年前提出的复制子模型,被每个人认为是生命的绝对基础,并不一定是正确的。”

为了繁殖,所有的生命形式都需要在细胞分裂前复制DNA。它们通过位于染色体周围的一系列“复制起点”来完成这一过程,并与蛋白质结合以启动复制过程。

在真核生物中,如人类,如果这些复制起点被消除,就会阻止复制,最终导致细胞死亡。

然而,由生物技术和生物科学研究委员会(BBSRC)和英国皇家学会资助的诺丁汉大学的研究发现,火山卤素能够自发地在其染色体周围开始复制的连锁反应,即使复制起点已经被消除。

此外,科学家们发现,没有染色体起源的古细菌非但没有因为必须采用这种新的生存方法而处于不利地位,反而生长得更快。

“令人惊讶的是,我们发现,不仅删除了原始细胞,细胞还能继续生长,而且它们现在的生长速度实际上快了近10%。”每个人都在想,‘陷阱在哪里?但我们还没有找到一个。”Conrad Nieduszynski博士说。

“细胞启动这种复制过程的方式是使用一种存在于我们所有人身上的DNA修复形式,但它们只是为了不同的目的劫持这个过程。通过使用这种机制,它们可以同时在染色体周围的多个位点启动复制。”

自私的基因

由于Haloferax volcanii的起源似乎是不必要的,科学家们相信这种生物的复制起源可能是“自私的基因”的一个例子——通过提供不断复制的机会而受益于起源,而对生物体本身没有好处。

对于人类来说,我们能够调节DNA复制的过程,以确保我们的染色体在细胞分裂前只复制一次,这是非常重要的,否则会导致包括癌症在内的遗传疾病。

当癌细胞发育时,它们不再控制基因组的复制——这是因为控制这一过程的基因发生了突变。复制控制的缺失会导致癌细胞产生不止两个染色体副本,这与科学家在Haloferax volcanii中观察到的情况是相同的。

阿勒斯博士说:“科学家们认为,没有这些形式的控制,癌细胞会回复到一个更原始的状态。这就是它们与Haloferax volcanii相似的地方。癌细胞的另一个特征是它比普通细胞生长得更快,可以迅速占领人体。这与我们目前看到的情况类似——当你不监管DNA复制,不采取正常的制衡措施时,就会出现不受监管的更快增长。”

未来,如果我们能理解这一机制,我们就能深入了解癌细胞是如何逃避正常的调控的。它甚至可以在不伤害正常细胞的情况下找到杀死癌细胞的新目标。

出版米歇尔·霍金斯等人,《没有DNA复制起源的加速生长》,《自然》(2013);doi: 10.1038 / nature12650

图片:维基百科共用

1评论关于“生命的基本形式回避了正常的复制过程”

  1. 在酸性和高低温的原始世界,生存的斗争需要没有任何DNA开关调节的复制,这是可以理解的。一旦条件稳定,有利于生物体的突变体就会发明开关来控制其增殖。因此,这篇文章的概念,即癌细胞恢复到原始条件,使细胞不停地增殖,是很容易理解的。谢谢你!

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