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第二部分 国家自然科学基金项目成果巡礼

  DNA是生命科学最引人注目的研究领域之一。上世纪50年代,科学界就确认DNA是生命的遗传物质,由碳、氢、氧、氮和磷5种元素构成;1953年,DNA双螺旋结构开创了分子生物学新时代。

  在基本DNA磷酸二酯骨架之外,DNA碱基的修饰是另一个专门领域。1965年,甲基化修饰的发现, 构成对DNA结构的重要补充。该修饰可限制外来生物遗传物质入侵,使生物能够保护自身的遗传稳定性; 这一发现在基因表达、沉默等方面对促进分子生物学的发展具有里程碑意义的贡献,开启了DNA甲基化修饰新领域,并催生了一个新学科:表观遗传学。

  在国家自然科学基金资助下,上海交通大学微生物代谢教育部重点实验室邓子新教授领导的研究组与美、英科学家合作在DNA骨架上发现了磷硫酰化修饰,其精细结构为“R-构象的磷硫酰”,构成了对DNA结构修饰的又一全新补充。同时,还系统揭示了与DNA硫修饰研究相关的酶学功能、修饰位点、生物类别和分布规律等。论文先后发表在Nature Chemical Biology, Molecular Microbiology, Nucleic Acids Research, Biochemistry期刊上,Nature Chemical Biology杂志的“新闻与观点”专栏配发了特写文章,指出这是迄今为止在天然DNA骨架上发现的第一种生理修饰。

  在英国纽卡斯尔召开的第十四届国际放线菌生物学大会上,邓子新教授特邀做了题为“DNA大分子上一种新的硫修饰: 一个新生领域的诞生”的唯一大会开幕式报告,获同行关注。“发现细菌DNA骨架中发生了磷硫酰化修饰的结果,简直令人瞠目结舌。”著名化学生物学家爱克斯坦(Fritz Eckstein) 在Nature Chemical Biology撰文写道,“它打开了一扇全新窗口,将大大激发人们对DNA大分子上众多新谜团的激情探索。”美国化学会在《化学与工程新闻》周刊上发表题为“DNA骨架中换进了硫元素”的评述文章,配发DNA上硫修饰的化学结构示意图,并以“硫元素的意外”为题进行了介绍。文中说:“有一种人造的DNA修饰物,原本只是生物化学家和基因治疗专家们工具箱中的常见药,现在发现细菌也可以天然合成。”“这篇最新的研究报道源于邓研究团队持续十几年来的工作。”“DNA上还会有其他类别的修饰吗?又会是怎样的修饰?这项发现不禁让人浮想联翩。”1993年诺贝尔生理学或医学奖获得者理查德·罗伯特也在这篇评述文章中如此感叹。《自然中国》特写刊物也将这一成果列入“最新研究亮点”,并配发了由肿瘤学专家Felix Cheung专文撰写的题为“DNA化学之硫降解篇”,称“科学家们知道硫元素结合到DNA骨架上会使之降解,但至今不知道这原本是一种硫修饰的化学,并被中美科学家联合破解为DNA的磷硫酰化,且证明是由一个称作dnd的基因簇来完成整个修饰过程”。

  显然,在DNA大分子上发现硫修饰,是对DNA研究的又一原创性贡献, 打开了又一新的学科领域,可能形成一系列新的学科生长点。如透过DNA磷硫酰化修饰找到全新功能的核酸酶,用细菌来合成磷硫酰化寡核苷酸用于生物化学和癌症等基因治疗等,都将具有重大的生物学或生物工程学意义。

 

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