癌症新疗法的开发暨DNA修复相关试题分析

张卓鹏

现代医学研究表明，每一天人体细胞的DNA都会在紫外辐射、自由基和其他致癌物质的作用下发生损伤，即使没有这些外部的伤害，细胞基因组中也天天都要发生数千次的自发突变.而且，每当细胞产生分裂、DNA发生复制时，DNA受损产生缺陷的频率会更高，这样的事情每天都在人体中重演上百万次.

而我们身体细胞内的各种遗传物质并不会瓦解、演变成为一场无序的混乱，原因则在于一系列的分子机制持续监视并修复着DNA.2015年瑞典、美国、土耳其三位科学家Tomas Lindahl、Paul Modrich和Aziz Sancar正是因“DNA修复的机制研究”而荣获诺贝尔化学奖.他们从分子水平上揭示了细胞是如何修复损伤的DNA以及保护遗传信息的.他们的研究工作为人们了解活体细胞是如何工作提供了最基本的认识，并有助于很多实际应用，比如癌症新疗法的开发.

一、癌症新疗法的开发

准确的说，很多种癌症发病的一个重要因素就是生物体内部某些修复机制坏了，为什么会有癌症？癌症是因为正常的细胞出现了突变，或DNA出了错，如原癌基因、抑癌基因等发生了突变，导致细胞不再按照本来正常规定的工作去运行.即使修复机制完好的时候，它也不是万能的，修复率可能一千个里面会漏掉一个，修复也会犯错误.但是在修复机制完好的时候，癌症是比较难出现的，一旦众多修复机制有一两个坏掉了，这时候犯错误的概率就大大增加，细胞突变成癌细胞的概率大大增加.修复机制也是随机突变导致的，但科学家们研究知道，它坏了可以想办法修它，或者是就反过来让它坏的更彻底，让癌细胞彻底死掉，这是癌症新疗法开发的一条新思路.

1953年，沃森和克里克提出DNA分子规则的双螺旋结构模型，直到20世纪70年代早期，科学家们普遍认为DNA是一种非常稳定的分子，但Tomas Lindahl却发现，DNA会以一定的速率发生衰变——按此速率，地球上的生物甚至都不该存在并发展下来的.这让他揭示了一种分子机制——碱基切除修复，该机制不断地抵消了DNA的崩溃.

Aziz Sancar绘制出了核苷酸切除修复机制，细胞利用切除修复机制来修复UV造成的DNA损伤.天生缺失这种机制的人如暴露在太阳光下，可导致皮肤癌的发生.细胞还可利用此机制修复致突变物或其他物质引起的DNA损伤.

Paul Modrich证明了细胞在有丝分裂时如何去修复错误的DNA，这种机制就是错配修复.错配修复机制使DNA复制出错几率下降了一千倍.如果先天缺失错配修复机制可导致癌症的发生，例如遗传性结肠癌的发生.

细胞DNA修复机制是如何工作的，掌握了这些知识，就可以用来研发新型治疗癌症的方法.

二、DNA修复相关试题分析

DNA修复的细胞机制方面的研究，这是当今生命科学研究中一伟大发现.现采编一组DNA修复相关的试题，通过试题分析有助于读者进一步了解DNA修复的机理.

例1 2015年诺贝尔化学奖颁给了研究DNA修复细胞机制的三位科学家，细胞通过DNA损伤修复可使DNA在复制过程中受到损伤的结构大部分得以恢复.图1为其中的一种方式——切除修复过程示意图.下列有关叙述不正确的是（  ）.

A.图示过程的完成需要限制酶、解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等的共同作用

B.图中二聚体的形成可能受物理、化学等因素的作用所致

C.图示过程涉及到碱基互补配对原则

D.DNA损伤修复降低了突变率，保持了DNA分子的相对稳定性

解析 从图1 DNA修复过程可见，切除二聚体，需断开磷酸二酯键，离不开限制酶的准确切割;DNA单链切口延伸合成离不开DNA聚合酶;DNA单链切口的缝合离不开DNA连接酶.DNA修复全过程不同于DNA复制，不需要解旋酶，故A错.图中二聚体的形成属于基因突变，可能受物理、化学等因素的作用所致.通过DNA损伤修复降低了突变率，有助于保持DNA分子的相对稳定性.

答案：A

例2 2015年诺贝尔化学奖颁给了研究DNA修复细胞机制的三位科学家.基因治疗的基本原理是用转基因技术将目的基因导人患者受体细胞，对DNA分子进行纠正或修复，从而达到治疗疾病的目的，这种对DNA的修复属于 （  ）.

A.基因转换   B.基因突变

C.基因重组D.基因遗传

解析 基因治疗是用转基因技术将目的基因导人患者受体细胞，属于基因工程的具体应用，其基本原理是基因重组.

答案：C

例3 P53基因能编码一个由393个氨基酸组成的蛋白质，该蛋白质可与DNA发生特异性结合以阻止损伤的DNA复制，促使DNA自我修复，如修复失败则引起细胞出现“自杀”现象.下列有关叙述错误的是（  ）.

A.与P53蛋白质的合成有关的细胞器是核糖体、内质网、高尔基体、线粒体

B.细胞分裂过程中若DNA受损，P53蛋白质可使间期时间延长

C.癌細胞的形成可能与P53基因突变有关

D.细胞出现“自杀”现象属于细胞凋亡

解析 P53蛋白质属于胞内蛋白，不属于分泌蛋白，其合成场所为细胞内游离的核糖体，一般不会涉及到内质网、高尔基体的加工合成.P53蛋白质与DNA发生特异性结合以阻止损伤的DNA复制，使间期时间延长.而癌细胞由基因突变引起，能无限增值，可见DNA已无法自我修复，可推测细胞内不能合成P53蛋白质，这可能与P53基因突变有关.DNA修复失败则引起细胞出现“自杀”现象，这不同于细胞坏死，有利于维持生物内部环境的稳定，应属于细胞凋亡.

答案：A

例4 着色性干皮症是一种常染色体隐性遗传病，起因为DNA损伤，患者体内缺乏DNA修复酶，DNA损伤后不能修补从而引起突变.这说明一些基因（  ）.

A.通过控制酶的合成，从而直接控制生物性状

B.通过控制蛋白质分子结构，从而直接控制生物性狀

C.通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物性状

D.可以直接控制生物性状，发生突变后生物性状随之改变

解析 基因控制生物性状通常分两种方式，一种为基因控制蛋白质的合成直接控制生物性状，如镰刀形细胞贫血症;另一种为基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物性状.着色性干皮症因DNA损伤，患者体内缺乏DNA修复酶，导致DNA损伤后不能修补从而引起突变症状，故

选C.

答案：C

例5 P53蛋白对细胞分裂起监视作用.P53蛋白可判断DNA损伤的程度，如果损伤较小，该蛋白就促使细胞自我修复（过程如图2所示），若DNA损伤较大，该蛋白则诱导细胞凋亡.下列有关叙述错误的是（  ）.

A.P53蛋白可使DNA受损的细胞分裂间期延长 

B.P53蛋白可导致细胞内的基因选择性表达

C.抑制P53蛋白基因的表达，细胞将不能分裂

D.若P53蛋白基因突变，则可能导致细胞癌变

解析 从图2过程可见，P53蛋白与损伤DNA结合后，细胞分裂停止，P53蛋白激活DNA修复酶，DNA修复后细胞继续分裂，故P53蛋白可使DNA受损的细胞分裂间期延长.若抑制P53蛋白基因的表达，细胞内没有P53蛋白，损伤DNA能进行复制，细胞能进行分裂，如癌细胞.

答案：C

例6  “今又生”是我国为数不多的首创基因治疗药物之一，由我国科学家于1998年开始研制的.其本质是利用腺病毒和人P53基因（抑癌基因）拼装得到的重组病毒.人的P53蛋白可对癌变前的DNA损伤进行修复，使其恢复正常，或诱导其进入休眠状态或细胞凋亡，阻止细胞癌变.“今又生”的载体采用第一代人5型腺病毒，其致病力很弱，其基因不整合到宿主细胞的基因组中，无遗传毒性;载体经基因工程改造后，只对细胞实施一次感染，不能复制，不能污染.请回答下列问题：

（1）在“今又生”的生产中，为了获得更高的安全性能，在载体一般应具备的条件中，科学家选择性地放弃了一般载体都应该具有的.检测P53基因的表达产物，还可以采用技术.

（2）如果要获取人类基因组中抑癌基因P53，可以采取的方法通常包括和通过化学方法人工合成.目的基因的大量扩增则可以采用，该技术中需使用的一种特殊的酶是.

（3）在研究中如果要获得胚胎干细胞进行研究，则胚胎干细胞可来源于囊胚期的，或胎儿的原始性腺，也可以通过技术得到重组细胞后在进行相应处理获得.在哺乳动物早期发育过程中，囊胚的后一个阶段是.

解析 （1）基因表达载体的构建一般都含有目的基因、启动子、终止子、标记基因和复制原点，为了防止载体的复制，需放弃载体中的复制原点.检测外源基因的表达产物蛋白质时，可采取抗原-抗体杂交法.

（2）获取目的基因的方法有从基因文库中获取和人工合成法，目的基因扩增的方法为PCR技术，该技术中需要的特殊酶是耐高温的Taq酶.

（3）胚胎干细胞来源于囊胚期的内细胞团或胎儿的原始性腺.胚胎干细胞也可通过核移植技术得到重组细胞后经早期胚胎培养获得，囊胚期的后一个阶段是原肠胚期.

答案：（1）复制原点  抗原——抗体杂交法 （2）从基因文库中获取 PCR Taq酶 （3）内细胞团 核移植   原肠胚

（收稿日期：2018-11-20）