紫外线辐射如何触发细胞救援任务

来自太阳的紫外线（UV）辐射是DNA损伤的一个众所周知的原因，这可能导致皮肤癌症等疾病。但是我们的细胞如何修复这种损伤来保护我们呢？Sabanci大学的研究人员Veysel Oğulcan Kaya和Ogün Adebali发现了一个有趣的答案：当DNA被紫外线损伤时，我们的细胞在3D空间中重组其遗传物质，以优先进行修复，这可能被称为细胞救援任务

这项研究发表在《自然通讯》杂志上

DNA修复的新视角DNA，生命的蓝图，不仅仅是一长串遗传指令——它被仔细地折叠和包装在我们的细胞内。这种折叠不是随机的；它是一个复杂系统的一部分，允许细胞在需要时访问DNA的特定部分，例如在修复过程中

当紫外线照射时，会造成损伤——微小的损伤——从而阻断基本的细胞功能。但这些伤害并不是孤立发生的。细胞DNA的整个结构会进行调整，帮助专业修复团队更有效地到达受损部位

负责这项研究的首席研究员Adebali说：“DNA不仅仅是一个静态代码。它是动态的，反应非常灵敏。”。“DNA的组织方式有助于细胞快速修复损伤。”

重新排列DNA进行修复

将你的基因组想象成一个图书馆，书籍（基因）存放在架子上（DNA片段）。当紫外线损坏发生时，图书馆的书架会重新排列，使损坏的书籍更接近维修工具。这一动作使修复过程更快、更高效

为了揭示这些DNA重组模式，研究人员使用了一种尖端的深度学习框架。通过分析大量的基因组数据，这种方法帮助他们检测到紫外线损伤后DNA区域相互作用的细微变化。这种先进的方法不仅揭示了损伤发生的位置，还揭示了基因组如何重塑自身以优先修复

研究人员发现，基因组中DNA特别活跃和可访问的区域被优先修复。这些区域就像图书馆的高流量区域，确保最关键的书籍首先得到修复。这有助于细胞保持基本功能，即使在紫外线暴露等压力条件下也是如此

DNA损伤反应：不仅仅是修复

除了修复受损的DNA外，研究人员还发现紫外线辐射会引发基因活性的变化。一些基因，特别是那些参与协调细胞防御的基因，变得更加活跃。这些基因产生有助于细胞存活和恢复的蛋白质

例如，JUN和FOS等基因是细胞应急反应系统的一部分，在紫外线照射后会迅速开启。这些基因有助于控制炎症，保护细胞免于死亡

该研究的主要作者Kaya说：“值得注意的是，我们目睹了3D基因组、转录和DNA修复之间的这种复杂协调。”。“最让我们惊讶的是DNA损伤反应发生的速度有多快——在紫外线照射后仅12分钟内。更令人惊讶的是，我们可以在前30分钟内观察到早期恢复的迹象。”

这项研究为细胞如何保持其遗传完整性提供了新的见解。通过绘制DNA的移动方式以及修复过程中某些基因的激活方式，这项研究提供了为什么有些人可能比其他人更能抵抗紫外线相关疾病的线索

该团队希望这些发现将为预防和治疗皮肤癌症等疾病提供新的策略。了解DNA重组背后的“规则”可以帮助科学家设计更好的药物或疗法来促进身体的自然修复过程

研究人员已经计划研究其他环境危害，如污染物或致癌物，如何影响DNA的组织和修复机制。他们还致力于改进他们的方法，以更清楚地了解DNA修复是如何工作的

“这项研究只是一个开始，”Adebali说。“我们的发现为探索细胞如何保护自己免受各种压力而不仅仅是紫外线损伤打开了大门。”

这项研究突显了我们的细胞在保护生命蓝图方面的出色适应性。这是一个关于韧性、精确度和令人难以置信的机器的故事，即使面对阳光等日常挑战，这些机器也能让我们保持活力 More information: Veysel Oğulcan Kaya et al, UV-induced reorganization of 3D genome mediates DNA damage response, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-024-55724-7

Journal information: Nature Communications