Brittani Schnable藏在UPMC希尔曼癌症中心的一个小房间里，正在进行一次钓鱼探险。

她挥舞着类似于视频游戏玩家使用的操纵杆，将微小的珠子投射到分子的海洋中，将珠子推开和拉开，直到它们最终捕获一条DNA链。轻敲几下键盘后，灯光秀开始。一阵色彩在黑屏上闪过，就像夜空中爆炸的烟花。

虽然这些颜色乍一看是随机的，但图案开始出现。蓝色和红色的光线划过屏幕：DNA修复蛋白已与损伤部位结合。

Schnable是匹兹堡大学Bennett Van Houten博士实验室的博士生，他正在使用称为C-trap的尖端技术来操纵单个DNA分子和一种新方法 - 本周在核酸研究中描述 - 允许快速轻松地生产用于单分子可视化的蛋白质。

这个新系统为Van Houten和他的团队提供了无与伦比的细节水平，将帮助他们探索细胞如何发现和修复受损的DNA，这些信息有朝一日可以用来阻止癌症的发展。

“我喜欢将DNA损伤视为坑洼，”皮特药理学与化学生物学系教授Van Houten博士说。“在一个特定的DNA修复途径中，从找到坑洞到放入修复补丁需要大约30种蛋白质。虽然我们不能一次观察所有这些蛋白质，但我们可以逐个观察它们。

Van Houten的实验室对修复由环境因素引起的DNA损伤的蛋白质感兴趣，例如来自太阳的紫外线(UV)辐射和环境污染物。如果这些修复途径破裂，DNA损伤会导致衰老，癌症，神经变性和其他疾病。

在这项新研究中，研究人员使用C-trap来研究不同的DNA修复蛋白如何识别并结合其各自形式的损伤。

C-trap系统借鉴了诺贝尔奖获奖技术，称为光镊，它使用强大的光束来抓取和移动微小的珠子，直到它们粘在分子的两侧 - 在这种情况下是一条受损的DNA链。

“你可以把两个珠子放在一起，希望两个DNA末端像魔术贴一样锁在每颗珠子上。当你把珠子进一步分开时，你实际上可以感觉到DNA的力量量，就像弹簧或橡皮筋一样，“第一作者Matthew Schaich博士说，他是Van Houten实验室的博士后研究员。

一旦DNA诱饵设置好，就该去钓鱼蛋白质了。

Van Houten小组与肯特大学的研究人员合作，开发了一种称为核提取物(SMADNE)DNA结合蛋白单分子分析的新方法。与传统方法相比，该技术允许用户更快、更轻松地创建荧光标记的蛋白质。使用SMADNE，研究人员从细胞核中提取DNA修复蛋白。然后，他们将这些蛋白质引入C陷阱，并分析它们如何以及何时与含有各种类型损伤的DNA结合。

Schaich对两种特殊的修复蛋白DDB1和DDB2之间的关系感兴趣，它们有助于修复太阳造成的损伤，他观察了这些蛋白质在DNA上弹出和弹出作为五彩光斑点，并研究了它们接近和退出紫外线损伤部位的方式。

“你有一个DNA损伤区域，你想知道细胞如何识别和修复它，”Schaich解释说。“要了解的最重要的事情之一是谁先到达那里。一旦到达，它是否会在整个维修级联中留下来?它会将修复交给不同的蛋白质吗?使用C-trap，您可以观察蛋白质来来去去，并了解很多关于组装和拆卸顺序的知识。

Van Houten认为DNA修复蛋白质就像人们在酒吧社交一样。

“两个人走进一家酒吧。谁先进门?他们在酒吧一起坐了多久，然后谁先离开酒吧?DNA修复蛋白，就像人一样，是动态的，“Van Houten说。

研究人员发现，当DDB1和DDB2在损伤部位一起工作时，它们通常会像预期的那样一起到达DNA并一起离开。然而，令人惊讶的是，他们还看到了11种不同的关联和解离模式，这两种蛋白质在不同时间到达和离开，突出了科学家使用这项新技术可以观察到的令人难以置信的细节。

除了DDB1和DDB2之外，Van Houten的团队还使用C-trap和SMADNE来研究来自几种不同修复途径的大量DNA修复蛋白的活性，以提高对这些修复系统的理解。

通过了解我们的DNA修复过程如何工作，科学家们可以更好地了解这些途径的中断如何导致癌症等疾病，并推动寻找更好的治疗方法。

“DNA修复是一把双刃剑，”Van Houten解释说。“如果你没有有效的修复，环境压力源可能会造成足够的损害，导致癌症的发展。另一方面，许多癌症治疗通过靶向DNA修复机制来杀死肿瘤。

Van Houten和他的团队已经为他们的SMADNE系统申请了专利，并将继续分析这种紫外线损伤修复途径中的所有30种蛋白质。

“C-trap和SMADNE的结合为DNA修复的研究开辟了无限的机会。但是，使用这个新工具我们可以回答的最重要的问题是什么?“Van Houten说。“对我来说，它是知道每种蛋白质在这条途径中的确切作用。

该研究的其他研究人员是Namrata Kumar博士，Vera Rogiskaya和Rachel Jakielski，他们都是皮特或UPMC;肯特大学的罗曼·厄本和尼尔·卡德博士;和LUMICKS的周忠博士。