DNA受損情況有多種,大多都是導致癌症或遺傳性疾病發生的致病原因之一,不過生物體修復過程至今依舊是未解之謎。為解開這項基因研究難題,中研院院士蔡明道領導國際研究團隊,利用X射線自由電子雷射,首度在原子解析下捕捉到光解酶酵素修復DNA損傷的完整過程,研究成果獲刊於知名國際科學期刊《Science》。

蔡明道表示,所有生物體都有其修復機制,而人體DNA損傷後也同樣存有修復機制,但只要修復失敗,便有可能導致疾病發生。

蔡明道進一步提到,這次研究過程使用的XFEL(X-ray free electron laser, 英文簡稱XFEL)技術,主要以快速連拍光解酶催化修復DNA損傷過程,不僅促進結構生物學前端發展,更開啟酵素學新時代,可直接透過原子解析度觀察完整酵素反應過程,以及檢視酵素反應中間體結構全貌,這項研究技術未來可應用在新藥物開發的潛在新靶點。

中研院說明,隨著X射線晶體學和冷凍電子顯微鏡技術的進步發展,科學家可用原子等級解析度分析許多酵素和酵素複合體結構,然而這些方法只能捕捉反應開始或結束的單一瞬間,無法觀察反應過程與觸發機制。

中研院介紹,蔡明道研究團隊利用X射線自由電子雷射技術,在極短的100億分之1到5000分之1秒內,為DNA光解酶催化過程的多個反應中間體結構拍攝了18張照片。

中研院指出,透過這些照片,可揭示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如何恢復標準結構等過程。

在研究團隊方面,中研院表示,共有69位共同作者,來自全球17個研究機構,其中以蔡明道擔任領導人,藉由「台灣蛋白質計畫」整合國內外技術及頂尖研究人員一同參與。

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