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《產業》原子解析度 直擊DNA光解(酉每)酵素的修復過程

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【時報記者葉時安台北報導】DNA損傷有多種類型,是導致癌症或遺傳性疾病的致病原因之一,生物體對此進化出不同的修復機制,但其修復過程仍是未解之謎。由中央研究院蔡明道院士領導的國際研究團隊,利用X射線自由電子雷射,在極短的時間內為反應結構拍照,首次在原子解析度下直擊光解(酉每)酵素修復DNA損傷的完整過程。此研究成果已於112年12月1日周五發表於頂尖科學期刊《科學》(Science)。

隨著X射線晶體學和冷凍電子顯微鏡技術的發展,科學家已經可以用原子等級的解析度分析許多酵素和酵素複合體的結構,然而這些方法只能捕捉反應開始或結束的單一瞬間,無法進一步觀察反應過程與觸發機制。

使用XFEL技術,快速連拍光解(酉每)催化修復DNA損傷過程。本次研究團隊利用X射線自由電子雷射(X-ray free electron laser, XFEL)技術,在極短(一百億分之一到五千分之一秒)的時間內,為DNA光解(酉每)催化過程的多個反應中間體結構拍了18張照片。透過這些照片,可進一步揭示DNA修復化學反應的動態過程,如酵素殘基如何促使化學反應、酵素在修復後如何回到基態,以及最終修復的DNA如何恢復其標準結構等過程。

蔡明道院士指出,這項研究促進結構生物學的前端發展,亦開啟了酵素學的新時代─可直接以原子解析度觀察酵素反應的完整過程。透過XFEL技術,可檢視酵素的反應中間體結構的全貌,進而提供後續應用機會,例如新藥物開發的潛在新靶點。當這項技術變得更為廣泛應用時,將具有無限的應用潛力。

本篇論文共有69位共同作者,分別來自世界各地的17個研究機構。主要領導者是中央研究院的酵素學家蔡明道院士,蔡院士藉由台灣蛋白質計畫(Taiwan Protein Project of Academia Sinica, TPP)整合國內外技術及頂尖研究人員。

這項研究的經費由本院執行我國政府科技發展計畫項下之「台灣蛋白質計畫」支應,XFEL研究則在日本SACLA和瑞士SwissFEL進行,是台灣蛋白質計畫的重要成果。

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