癌癥新療法的開發暨DNA修復相關試題分析

張卓鵬

現代醫學研究表明，每一天人體細胞的DNA都會在紫外輻射、自由基和其他致癌物質的作用下發生損傷，即使沒有這些外部的傷害，細胞基因組中也天天都要發生數千次的自發突變.而且，每當細胞產生分裂、DNA發生復制時，DNA受損產生缺陷的頻率會更高，這樣的事情每天都在人體中重演上百萬次.

而我們身體細胞內的各種遺傳物質并不會瓦解、演變成為一場無序的混亂，原因則在于一系列的分子機制持續監視并修復著DNA.2015年瑞典、美國、土耳其三位科學家Tomas Lindahl、Paul Modrich和Aziz Sancar正是因“DNA修復的機制研究”而榮獲諾貝爾化學獎.他們從分子水平上揭示了細胞是如何修復損傷的DNA以及保護遺傳信息的.他們的研究工作為人們了解活體細胞是如何工作提供了最基本的認識，并有助于很多實際應用，比如癌癥新療法的開發.

一、癌癥新療法的開發

準確的說，很多種癌癥發病的一個重要因素就是生物體內部某些修復機制壞了，為什么會有癌癥？癌癥是因為正常的細胞出現了突變，或DNA出了錯，如原癌基因、抑癌基因等發生了突變，導致細胞不再按照本來正常規定的工作去運行.即使修復機制完好的時候，它也不是萬能的，修復率可能一千個里面會漏掉一個，修復也會犯錯誤.但是在修復機制完好的時候，癌癥是比較難出現的，一旦眾多修復機制有一兩個壞掉了，這時候犯錯誤的概率就大大增加，細胞突變成癌細胞的概率大大增加.修復機制也是隨機突變導致的，但科學家們研究知道，它壞了可以想辦法修它，或者是就反過來讓它壞的更徹底，讓癌細胞徹底死掉，這是癌癥新療法開發的一條新思路.

1953年，沃森和克里克提出DNA分子規則的雙螺旋結構模型，直到20世紀70年代早期，科學家們普遍認為DNA是一種非常穩定的分子，但Tomas Lindahl卻發現，DNA會以一定的速率發生衰變——按此速率，地球上的生物甚至都不該存在并發展下來的.這讓他揭示了一種分子機制——堿基切除修復，該機制不斷地抵消了DNA的崩潰.

Aziz Sancar繪制出了核苷酸切除修復機制，細胞利用切除修復機制來修復UV造成的DNA損傷.天生缺失這種機制的人如暴露在太陽光下，可導致皮膚癌的發生.細胞還可利用此機制修復致突變物或其他物質引起的DNA損傷.

Paul Modrich證明了細胞在有絲分裂時如何去修復錯誤的DNA，這種機制就是錯配修復.錯配修復機制使DNA復制出錯幾率下降了一千倍.如果先天缺失錯配修復機制可導致癌癥的發生，例如遺傳性結腸癌的發生.

細胞DNA修復機制是如何工作的，掌握了這些知識，就可以用來研發新型治療癌癥的方法.

二、DNA修復相關試題分析

DNA修復的細胞機制方面的研究，這是當今生命科學研究中一偉大發現.現采編一組DNA修復相關的試題，通過試題分析有助于讀者進一步了解DNA修復的機理.

例1 2015年諾貝爾化學獎頒給了研究DNA修復細胞機制的三位科學家，細胞通過DNA損傷修復可使DNA在復制過程中受到損傷的結構大部分得以恢復.圖1為其中的一種方式——切除修復過程示意圖.下列有關敘述不正確的是（? ）.

A.圖示過程的完成需要限制酶、解旋酶、DNA聚合酶、DNA連接酶等的共同作用

B.圖中二聚體的形成可能受物理、化學等因素的作用所致

C.圖示過程涉及到堿基互補配對原則

D.DNA損傷修復降低了突變率，保持了DNA分子的相對穩定性

解析 從圖1 DNA修復過程可見，切除二聚體，需斷開磷酸二酯鍵，離不開限制酶的準確切割;DNA單鏈切口延伸合成離不開DNA聚合酶;DNA單鏈切口的縫合離不開DNA連接酶.DNA修復全過程不同于DNA復制，不需要解旋酶，故A錯.圖中二聚體的形成屬于基因突變，可能受物理、化學等因素的作用所致.通過DNA損傷修復降低了突變率，有助于保持DNA分子的相對穩定性.

答案：A

例2 2015年諾貝爾化學獎頒給了研究DNA修復細胞機制的三位科學家.基因治療的基本原理是用轉基因技術將目的基因導人患者受體細胞，對DNA分子進行糾正或修復，從而達到治療疾病的目的，這種對DNA的修復屬于 （? ）.

A.基因轉換?? B.基因突變

C.基因重組D.基因遺傳

解析 基因治療是用轉基因技術將目的基因導人患者受體細胞，屬于基因工程的具體應用，其基本原理是基因重組.

答案：C

例3 P53基因能編碼一個由393個氨基酸組成的蛋白質，該蛋白質可與DNA發生特異性結合以阻止損傷的DNA復制，促使DNA自我修復，如修復失敗則引起細胞出現“自殺”現象.下列有關敘述錯誤的是（? ）.

A.與P53蛋白質的合成有關的細胞器是核糖體、內質網、高爾基體、線粒體

B.細胞分裂過程中若DNA受損，P53蛋白質可使間期時間延長

C.癌細胞的形成可能與P53基因突變有關

D.細胞出現“自殺”現象屬于細胞凋亡

解析 P53蛋白質屬于胞內蛋白，不屬于分泌蛋白，其合成場所為細胞內游離的核糖體，一般不會涉及到內質網、高爾基體的加工合成.P53蛋白質與DNA發生特異性結合以阻止損傷的DNA復制，使間期時間延長.而癌細胞由基因突變引起，能無限增值，可見DNA已無法自我修復，可推測細胞內不能合成P53蛋白質，這可能與P53基因突變有關.DNA修復失敗則引起細胞出現“自殺”現象，這不同于細胞壞死，有利于維持生物內部環境的穩定，應屬于細胞凋亡.

答案：A

例4 著色性干皮癥是一種常染色體隱性遺傳病，起因為DNA損傷，患者體內缺乏DNA修復酶，DNA損傷后不能修補從而引起突變.這說明一些基因（? ）.

A.通過控制酶的合成，從而直接控制生物性狀

B.通過控制蛋白質分子結構，從而直接控制生物性狀

C.通過控制酶的合成來控制代謝過程，從而控制生物性狀

D.可以直接控制生物性狀，發生突變后生物性狀隨之改變

解析 基因控制生物性狀通常分兩種方式，一種為基因控制蛋白質的合成直接控制生物性狀，如鐮刀形細胞貧血癥;另一種為基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，從而控制生物性狀.著色性干皮癥因DNA損傷，患者體內缺乏DNA修復酶，導致DNA損傷后不能修補從而引起突變癥狀，故

選C.

答案：C

例5 P53蛋白對細胞分裂起監視作用.P53蛋白可判斷DNA損傷的程度，如果損傷較小，該蛋白就促使細胞自我修復（過程如圖2所示），若DNA損傷較大，該蛋白則誘導細胞凋亡.下列有關敘述錯誤的是（? ）.

A.P53蛋白可使DNA受損的細胞分裂間期延長?

B.P53蛋白可導致細胞內的基因選擇性表達

C.抑制P53蛋白基因的表達，細胞將不能分裂

D.若P53蛋白基因突變，則可能導致細胞癌變

解析 從圖2過程可見，P53蛋白與損傷DNA結合后，細胞分裂停止，P53蛋白激活DNA修復酶，DNA修復后細胞繼續分裂，故P53蛋白可使DNA受損的細胞分裂間期延長.若抑制P53蛋白基因的表達，細胞內沒有P53蛋白，損傷DNA能進行復制，細胞能進行分裂，如癌細胞.

答案：C

例6 ?“今又生”是我國為數不多的首創基因治療藥物之一，由我國科學家于1998年開始研制的.其本質是利用腺病毒和人P53基因（抑癌基因）拼裝得到的重組病毒.人的P53蛋白可對癌變前的DNA損傷進行修復，使其恢復正常，或誘導其進入休眠狀態或細胞凋亡，阻止細胞癌變.“今又生”的載體采用第一代人5型腺病毒，其致病力很弱，其基因不整合到宿主細胞的基因組中，無遺傳毒性;載體經基因工程改造后，只對細胞實施一次感染，不能復制，不能污染.請回答下列問題：

（1）在“今又生”的生產中，為了獲得更高的安全性能，在載體一般應具備的條件中，科學家選擇性地放棄了一般載體都應該具有的.檢測P53基因的表達產物，還可以采用技術.

（2）如果要獲取人類基因組中抑癌基因P53，可以采取的方法通常包括和通過化學方法人工合成.目的基因的大量擴增則可以采用，該技術中需使用的一種特殊的酶是.

（3）在研究中如果要獲得胚胎干細胞進行研究，則胚胎干細胞可來源于囊胚期的，或胎兒的原始性腺，也可以通過技術得到重組細胞后在進行相應處理獲得.在哺乳動物早期發育過程中，囊胚的后一個階段是.

解析 （1）基因表達載體的構建一般都含有目的基因、啟動子、終止子、標記基因和復制原點，為了防止載體的復制，需放棄載體中的復制原點.檢測外源基因的表達產物蛋白質時，可采取抗原-抗體雜交法.

（2）獲取目的基因的方法有從基因文庫中獲取和人工合成法，目的基因擴增的方法為PCR技術，該技術中需要的特殊酶是耐高溫的Taq酶.

（3）胚胎干細胞來源于囊胚期的內細胞團或胎兒的原始性腺.胚胎干細胞也可通過核移植技術得到重組細胞后經早期胚胎培養獲得，囊胚期的后一個階段是原腸胚期.

答案：（1）復制原點 ?抗原——抗體雜交法 （2）從基因文庫中獲取 PCR Taq酶 （3）內細胞團 核移植? ?原腸胚

（收稿日期：2018-11-20）