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“该方法能够在基因组水平上监测蛋白质和不同 DNA 损伤之间相互作用的动态，有助于我们理解科克因综合症等疾病的发病机制，以及癌细胞对顺铂等化疗药物的抗药性机制，并为我们解决这些健康问题提供帮助。”复旦大学青年研究员胡晋川表示。
DNA 加合物损伤是 DNA 碱基被加上了比较大的修饰基团，或者发生了链内交联从而造成 DNA 双螺旋的扭曲，主要由紫外线、香烟、化疗药物（例如顺铂）、汽车尾气等这些外源因子诱导产生。如果修复不当，就会造成突变或细胞死亡，进而导致癌症等疾病的发生。
高等哺乳动物中唯一能修复这类损伤的途径是核苷酸切除修复，其根据损伤识别模式又可被分为全基因组修复和转录偶联修复，其中前者的机制研究得较为清楚，而后者还存在很多未解之谜。研究修复和损伤应答机制的主要策略包括体外重构反应和局部 UV 照射-荧光显微镜技术，然而这两种策略都存在相应的局限性，因此迫切需要一种能够灵敏地测量蛋白质与 DNA 损伤之间相互作用的方法。
为了解决上述问题，近期，胡晋川和钱茂祥课题组开发了一种蛋白质-相关 DNA 损伤测序（Protein-Associated DNA Damage Sequencing，PADD-seq）的方法，通过对损伤的测序，实现了在碱基分辨率下对全基因组蛋白-DNA 损伤之间相互作用的监测。
复旦大学博士研究生祝永昌、谈远清和硕士研究生李琳为论文的共同第一作者，青年研究员胡晋川和钱茂祥为论文的共同通讯作者。
2012 至 2017 年，胡晋川在美国北卡罗莱纳大学教堂山分校进行博士后研究。他师从一直致力于研究核苷酸切除修复的阿齐兹·桑贾尔（Aziz Sancar）教授，并在 2015 年见证了后者获得诺贝尔化学奖。
图丨具有转录偶联修复的细胞中 Pol II-CPD 相互作用的动态过程（来源：Nucleic Acids Research）
为了理解染色质上各种因子和事件对损伤与修复的影响，他们建立了检测 DNA 加合物损伤与核苷酸切除修复的测序方法 Damage-seq 和 XR-seq，并结合染色质免疫沉淀等方法，检测 DNA 转录或蛋白质修饰对损伤和修复的影响。
“在此基础上又产生了一个新问题，就是不管是检测修复，还是检测损伤，能得到的都是一个最终状态，而我们想知道的是蛋白和 DNA 损伤在基因组上相互作用的过程。”胡晋川表示。
图丨胡晋川（来源：胡晋川）
因此，在他 2018 年回国后，就开始着手开发相关技术。过程中，他遇到了诸多难题，其中一个关键问题是新的测序方法无法利用现成的生物信息学工具来分析，需要开发配套的新工具。
在生物信息分析和大数据挖掘等方面，钱茂祥已有多年研究经历，同时，在生物学方面，他聚焦儿童白血病并关注相关化疗药物对 DNA 造成的损伤。
图丨钱茂祥（来源：钱茂祥）
由于两人在这些方面拥有一些相同的兴趣点和互补的专业知识，因此一拍即合，并开始了长期合作。
图丨A549 细胞中 H3K9ac 与顺铂加合物的关系（来源：Nucleic Acids Research）
“我一直觉得做研究，不可避免地会涉及到各个方面的挑战，而研究者们通常只对一两个研究方向比较擅长。这时候，如果能以合作的方式，在专业范围内找到一些共同的兴趣点，并充分发挥相互之间的互补优势，对于既快又好地做出研究来说，是非常重要的。”谈到不同课题组合作开展研究的体会，钱茂祥表示，“现在很多高质量的论文，都是通过合作诞生的，我很看好这种模式。”
同时，胡晋川也表示：“如今的科研已经朝着越来越广阔的方向发展。有时我们并不知道开展一项研究时，会将我们带至怎样的发展方向。当我们发现进入了一个新的研究领域，或需要一些新的工具时，可以通过自主学习去攻克，或寻求专业合作。但前者的效率往往比较低，也容易犯一些低级错误，因此在与合作者有共同兴趣点的基础上，通过合作实现专业技能互补的方式，非常有利于解决科学问题。”
由于 PADD-seq 方法能够直接用于研究目标蛋白和损伤之间的相互作用机制，所以接下来他们也希望顺着这个思路继续进行研究。
“未来我们可能会考虑组合不同维度的方法去开发新的工具，进而解决以前所不能解决的问题。”钱茂祥表示。
参考资料：
1.Y., Zhu, Y., Tan, L.,Li.et al. Genome-wide mapping of protein–DNA damage interaction by PADD-seq. Nucleic Acids Research 51,6, e32（2023）. https://doi.org/10.1093/nar/gkad008
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