重离子束辐射诱导细胞双链断裂(DSBs)损伤及修复机理的研究进展

重离子束辐射能引发细胞DNA双链断裂,被认为是构成基因组不稳定因素之一。现有研究表明:同源末端连接、同源重组、单链退火和选择性末端连接在修复DNA双链断裂方面发挥着重要的作用,但是影响DNA双链断裂修复途径选择的因素目前仍不清楚。本文对近年重离子辐射细胞产生的DNA损伤特征和修复途径方面的新发现进行了综述,并从类型和分布、染色质状态、DNA末端结构、DNA末端切除、细胞周期方面解释了细胞DNA双链断裂修复途径的选择机制。这对细胞DNA损伤修复的研究具有重要意义,为重离子辐射技术在生物学效应研究方面提供了参考。

高LET重离子照射人肿瘤细胞的DNA双链断裂及修复研究

依托兰州近代物理研究所的HIRFL装置对人肝癌细胞SMMC-7721进行高LET的重离子辐照,同时利用脉冲场凝胶电泳研究高LET辐射引起的细胞DSB及其修复的特点。对于不同离子的辐射进行了比较分析,探索重离子的辐射生物学效应机理。结果发现,随着剂量的增加,初始DSB在给定剂量范围内呈线性增长,LET较高的氩离子的剂量效应曲线具有较大的斜率。对于DSB分布情况的研究发现,LET不同,大小片段的分布随着剂量的变化呈现不同的变化情况。修复研究显示两种LET辐射的快修复在30min左右都已经结束,此后都开始了慢修复,对于高LET的氩离子辐射来说,快修复和慢修复完成的修复量均高于较低LET的碳离子辐射。4h时,两种辐射残余的DSB基本一致。结果证明了高LET辐射下初始DSB与剂量的线性依赖关系,且发现不同种类的离子辐射引起的DSB的剂量效应曲线的斜率不同。结果也显示了DSB的非随机分布现象和DSB修复的双阶段模式,发现LET、离子种类和剂量对于DSB的片段非随机分布同时存在影响,同时修复结果提示慢修复机制和错修复在高LET辐射引起损伤的修复研究中可能具有重要意义。

植物DNA双链断裂修复机制及其在重离子诱变和基因编辑中的作用

在自然界中,植物会遭受各种环境或内源因素导致的DNA损伤,其中DNA双链断裂(double strand breaks,DSBs)的影响最为严重,如果修复不当,将导致基因组不稳定、基因突变甚至细胞死亡。一方面,植物进化出了强大且有序的损伤修复机制,以确保其存活及正常繁衍;另一方面,基于修复过程的容错性及致突变性,T-DNA插入、基因编辑、物理诱变等技术广泛应用于动植物品种改良。相较于哺乳动物,植物DSBs修复通路及其分子机制报道较为有限。本文综述了植物对DSBs损伤的响应、主要修复途径及关键因子,介绍了通路机制尚未完全解析的替代末端连接(alternative end joining,Alt-EJ)的最新研究进展;此外,探讨了重离子束引起的植物DSBs修复特征和多途径选择,以及基于不同DSBs修复途径的基因编辑技术的研究进展,旨在为深入了解植物DSBs损伤响应及修复的分子机制和研发高效生物育种技术提供参考。