DNA分子的化学性质不稳定，常常会导致不同性质的DNA损害。这就是为什么我们需要DNA对其损伤做出应答（包括DNA损伤探测，信号发送和修复）的原因。

由莫斯科国立大学Vasily M. Studitsky教授领导的团队近日发现了DNA修复的新原理，这篇发表于由美国科学促进协会（AAAS）首次开放的《科学进展》（Science Advance）杂志之上的文章，将为治疗神经退行性疾病开启新的治疗和预防前景。

“在高等生物体内的DNA通常和蛋白质绑在一起，形成一种被誉为核小体的复合物。核小体内，大约每200个碱基对会有序的组织在一起，同时含有8个组蛋白，它们就像是线筒上的线一样，会将DNA螺旋体加倍，且缠绕成两条超螺旋环状体。由于和组蛋白相连的原因， 其中的一条DNA螺旋被隐藏了起来。整个基因组都以这种方式 ‘包装’，直到抵达破解信息的地方才被打开，”莫斯科国立大学生物学复制学科以及转录调节实验室主任兼资深研究员Vasily M. Studitsky说。

这样致密的堆积可以使长达2米的DNA分子融合成微小的细胞核，但是同时也使一些修复酶——管理损伤DNA区域修复的蛋白质，难以突破DNA表面实施修复。如果DNA损伤没有得到及时修复，那将会导致突变的增多，细胞死亡，并将导致各类疾病的产生，其中包括神经退行性疾病（比如阿兹海默病症）。

由Vasily M. Studitsky领导的研究团队，研究了单条DNA链，在组蛋白和DNA相连接的地方发生核苷酸间的连接缺失的位置，发生断裂的原理机制。

科学家们已经掌握了许多DNA的修复原理。为了合成一种蛋白质，人们需要找出记载在基因密码上的信息（可以想象成一个帮助人们找出合成特定氨基酸所对应的三种核苷酸手册），并将它们植入到细胞质当中。

细长的DNA链条“被打包”装入了细胞核，但同时也能够在出口处将自己“撕裂”进入到细胞质。此外，这些DNA不能有任何闪失，因为整个细胞的核DNA只有两套。因此当需要合成特定蛋白质时，DNA上的小区域会展开，两条链会被分开，其中一条链上的蛋白质结构信息会以RNA（单链分子）的一种形式写入。mRNA分子作为合成蛋白质的模板，通过互补配对原则被合成：每一个核酸碱基对都对应相应的另一个核酸碱基对。

在信息转录的过程中（再次写入RNA），RNA核糖核酸聚合酶会“骑在”DNA链条之上，一旦发现断裂，便会停止前进。它就像一篇文章的校对者，当停滞不前的时候，便会诱导一系列的级联反应，最终使修复酶体系将破损部分修复。但是，RNA核糖核酸聚合酶却不能检测出位于另一条DNA链上的不连续部分。

“我们已经证明，不仅仅在细胞中，在体外试验中存在于另一条被隐藏的DNA链上的损伤修复同样有可能存在。根据我们的猜测，它的出现是由于特定微小DNA环在核小体内的形成的过程，虽然在组蛋白线轴周围的普通DNA损伤非常紧密，”Vasily M.Studitsky说到，“当DNA重新和聚合酶一起在核小体上缠绕之后，环状便形成了。RNA聚合酶可以沿着DNA环或者无组蛋白的DNA区域‘爬行’，但是当它在DNA断裂位置停止之后，它会立即‘恐慌’起来，诱导一系列级联反应来促使DNA修复。”

在这个实验中，我们采用向试管中加入特殊酶体的办法使得DNA链在特殊的位置发生断裂。然后一条有单一RNA分子转录形成的核小体被用于研究中。在这个由同一个研究团队于2002年发展起来的模型体系中，组蛋白被准确的配置在了一个核苷酸的分子上。通过在DNA特殊精细位置上制造断裂点，研究者们检测了RNA聚合酶对于在断裂点修复进程中的影响。最终证明的结果是，在核小体中，而不是在无组蛋白的DNA链条上，发生了RNA聚合酶的停顿。在这当中，如果没有断裂点，酶体不会停顿，一点出现断裂点，酶体便会停止运动。了解RNA聚合酶为什么能准确注意到断裂出现的原理是件十分困难的事情，就像该聚合酶头上长了眼睛一样，虽然，我们都知道这绝不可能。

通过分析在不同位置的断裂点，我们猜测RNA聚合酶的停顿是由于环的形成而引发的。它可以阻止酶体的继续移动。这个发现为DNA修复课题的研究开启了一个新方向。

之前染色质的作用被看成是非常被动的，因为科学家认为DNA的修复很可能至发生在无组蛋白的DNA上。然而，Vasily M. Studitsky教授和他的同事发现这些线条可以在不完全伸展的DNA缠绕体的状态下得到修复。高度保守的组蛋白在这个过程当中扮演了重要的角色，因为它结构的变化是自然选择所不允许的。此外，对蛋白质的高级保护，保证它们可以积极的参与到各种进程当中。

而且，在科学家首次提出的模型里曾经解释了被誉为“拓扑锁”的作用。所谓的拓扑锁是众多酶体沿着DNA前进的过程中形成的。

“运用一个新科学发现的原理常常预示着针对某些疾病出现的前瞻性的预防和治疗手段的改进。我们发现‘环’的形成会阻碍聚合酶的移动，同时必须依靠和组蛋白的接触。如果你增加他们和组蛋白结合的强健度，那么甚至可以增加环形成的效率以及修复的能力，反过来，也将会降低疾病的危险。如果这些结合变得不稳定，那么你可以使用特殊的药物传递办法，以此达到程序化的引导受感染细胞的死亡，”Vasily Studitsky总结道，当然添加这个药物测试的过程需要很长的一段时间。