整個生命過程中，人類的細胞不停分裂，產生新的細胞。在這個過程中，細胞通過調節DNA復制的速度對代謝波動作出反應，以此作為基因組穩定性的保證。11月10日發表在Science上的一篇文章闡明了如何讓復制叉動力學響應代謝途徑的細胞學機制。研究人員還展示了他們可以操縱這個節律，并建議用來殺死癌細胞。
在人體細胞中，DNA的四種核苷元件是一個被稱為RNR的酶產生的。人們之前還沒有完全理解究竟RNR的生產速率和核苷酸的需要量是怎樣與DNA復制的速度保持一致。現在，在哥本哈根大學的研究人員已經搞清楚了這個調節過程：核苷生產與DNA的復制一樣遵循相同的節律，當兩者不一樣時，細胞會調節過程使兩者一致。
文章的通訊作者Jiri Lukas教授說：“我們可以看到，這些過程遵循相同的周期性節律。我們發現在核苷酸工廠RNR的核苷酸供應變得極低前，DNA復制會立即減慢。”
調控的分子機理
該研究小組發現即使在核苷酸的供應量有很小的變化時，細胞也會做出反應。如果核苷酸產量上不去，一種由活性氧（ROS）傳遞的化學信號會來減緩DNA的復制。
這篇發表在Science上的研究論文提出：核苷酸供應和DNA復制速度之間這樣的通信可能是由于在人類基因組中所有正在積極復制DNA的位點，都含有一種名為PRDX2的蛋白來檢測這樣的化學警報。
當這種情況發生時，PRDX2蛋白在DNA釋放一種叫做TIMELESS的催化劑，這將減慢細胞復制DNA的步伐。較慢的DNA復制允許核苷酸生產的積累，回到與DNA合成相同的節律。正因為如此，幾乎總是有足夠的核苷酸來構建DNA，這是讓健康基因組復制沒有錯誤的非常重要的一點。
用于殺死癌細胞
這個發現揭示了這個機制與一些疾病，尤其重要的是與癌癥之間的聯系。研究人員表明他們可以讓提示細胞核苷酸生產問題的化學信號停止。在這樣的條件下，細胞的復制過程不能慢下來，研究者認為這將阻礙癌細胞的增殖，因為他們特別容易受到高速復制的影響。
本研究的第一作者Kumar Somyajit說：“我們發現癌細胞復制自己的DNA是很緩慢的，因為它們有異常的基因組，所以DNA復制有許多障礙要克服。當我們將它們慢慢復制基因組的能力去除后，癌細胞會死亡，因為它們無法應付DNA模板上的很多問題。”
參考資料
1) Redox-sensitive alteration of replisome architecture safe guards genome integrity
2) The need to regulate replication fork speed
3) Researchers exploit rhythm of DNA replication to kill cancer cells