Nature新发现重写教科书：DNA复制可发生于细胞分裂期

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12月2日，顶级学术期刊《Nature》发表一篇关于DNA复制时间点的最新研究，证实除了细胞分裂间期S期之外，DNA复制还会出现在细胞分裂期。很明显，这一新发现与教科书内容相悖，有望为癌症治疗提供新的思路。

知识回顾：教科书中的细胞周期

生物课本上对于细胞周期的描述如下：（参考自《细胞生物学》）

细胞周期（Cell Cycle）：细胞从一次分裂结束到下一分裂结束的全过程，包括细胞分裂间期和分裂期两个重要阶段。分裂间期细胞合成DNA、RNA和蛋白质等多种物质，为细胞分裂做准备。

细胞分裂间期分成：DNA合成前期（G1期，主要合成RNA和核糖体）、DNA合成期（S期，主要合成DNA和组蛋白）、DNA合成后期（G2期，主要合成RNA和蛋白质）。而，细胞分裂期（M期）包括前期、中期、后期和末期。从分裂间期到分裂期之后再经由间期周而复反，这是维持生命的基础。特别是，从G1到S期以及G2到M期，是分子合成活跃时期。

请注意：DNA复制过去一直被认为仅发生在分裂间期的S期。然而，事实并非如此。最新研究证实一些基因组特殊区域的DNA复制发生在有丝分裂初期。

新发现：DNA复制还可发生在细胞分裂期

位于染色体脆性位点，与癌细胞形成有关

这一突破性研究由哥本哈根大学染色体和健康衰老研究中心Ian Hickson 教授带领的研究团队完成。他们发现，在癌细胞中，细胞分裂期也存在DNA复制，而且复制的DNA主要位于基因组特定区域——“脆性位点”。

过去的研究显示染色体脆性位点处于其间隙或不连续的间隔区。脆性位点在物种间保守，且该区域染色体易断裂，推测其对与癌症相关联的错误基因组重排有影响。

近期的研究则是对脆性位点机制的重新审视：它并非代表染色体真正断裂，而是指细胞分裂期新合成的DNA区域。之所以看起来像断裂，是因为新合成的DNA区域与染色体其他区域连接不紧密。癌细胞正是利用这种特殊时期的DNA复制模式进行无限恶性增殖，

我们都知道DNA在S期合成，而最新的研究却证实了不一致的结论。这种颠覆传统的发现并非刻意研究的结果，而是科学家偶然在癌细胞中发现异常，并耗时三年探索特殊现象背后的机制。

因为多数癌症都与脆性位点DNA复制相关，所以研究人员推测找到阻止这一异常DNA复制的关键因子或化合物，从而从根本上阻止癌症，开启抗癌治疗的新方法。目前，团队已经鉴定出两种蛋白对分裂期DNA复制信号通路至关重要。下一步研究计划是找到调控脆性位点DNA复制完整的“工具箱”。

来源：生物探索

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Replication stress activates DNA repair synthesis in mitosis

Sheroy Minocherhomji,        Songmin Ying,        Victoria A. Bjerregaard,        Sara Bursomanno,        Aiste Aleliunaite,        Wei Wu,        Hocine W. Mankouri,        Huahao Shen,        Ying Liu        & Ian D. Hickson

Oncogene-induced DNA replication stress has been implicated as a driver of tumorigenesis1. Many chromosomal rearrangements characteristic of human cancers originate from specific regions of the genome called common fragile sites (CFSs)2, 3, 4, 5. CFSs are difficult-to-replicate loci that manifest as gaps or breaks on metaphase chromosomes (termed CFS ‘expression’), particularly when cells have been exposed to replicative stress6. The MUS81–EME1 structure-specific endonuclease promotes the appearance of chromosome gaps or breaks at CFSs following replicative stress7, 8, 9. Here we show that entry of cells into mitotic prophase triggers the recruitment of MUS81 to CFSs. The nuclease activity of MUS81 then promotes POLD3-dependent DNA synthesis at CFSs, which serves to minimize chromosome mis-segregation and non-disjunction. We propose that the attempted condensation of incompletely duplicated loci in early mitosis serves as the trigger for completion of DNA replication at CFS loci in human cells. Given that this POLD3-dependent mitotic DNA synthesis is enhanced in aneuploid cancer cells that exhibit intrinsically high levels of chromosomal instability (CIN+) and replicative stress, we suggest that targeting this pathway could represent a new therapeutic approach.

http://www.nature.com/nature/jou ... ll/nature16139.html