Artem 课题组携手香港大学（港大）领导的国际团队取得突破性发现，首次在哺乳动物中发现及证实一种名为ANKLE1的人类蛋白质，能够感应并回应DNA物理张力的DNA切割酶（核酸酶）。这种“张力感应”机制在细胞分裂过程中维持遗传物质完整性至关重要；该机制失常可能导致癌症等严重疾病。这项研究结果已经发表在《自然-通讯》（Nature Communications），象征着科学家在理解细胞保护自身DNA机制方面的重大进展。研究由深圳湾实验室Artem Efremov博士团队与港大生物科学学院陈英伟教授团队跨领域合作完成；并获香港科技大学及伦敦弗朗西斯·克里克研究所的科学家参与。

ANKLE1能感应DNA受到拉扯的力量，并切断连接分开的子细胞核之间的DNA桥。图中显示ANKLE1（绿色）会聚集在细胞中间部分（红色）。缺少ANKLE1的细胞里，DNA桥会变得又长又难以断开。利用磁性镊子施加拉力时，ANKLE1会切断DNA，说明它会根据拉力来切割DNA。图片改编自Jiang et al,Nature Communications(2025)

DNA承受压力 ：细胞分裂过程中的隐藏危机

每当细胞分裂时，DNA都要被精准复制并平均分配到两个新细胞。然而，此过程并非每次都能顺利进行——有时DNA会缠结，形成“染色质桥”——这些DNA丝状结构在细胞分裂过程中连接着两个新细胞，并承受着强烈的物理张力。若这些桥梁以不受控制的方式断裂，便可能引发严重的基因错误，导致癌症或免疫疾病。

研究通讯作者陈英伟教授解释：“可以把细胞分裂时出现的染色质桥想像成被拉紧的绳索。如果它们突然断裂，便会对基因组造成严重损害，导致突变和不稳定。”在此之前，科学家尚未完全了解细胞如何能在不造成灾难性损害的情况下，安全解决这些承受张力的DNA桥。

ANKLE1：基因组首个“张力感应”DNA内切酶

研究揭示，原本已知与DNA修复相关的蛋白质ANKLE1，其实在细胞分裂过程中扮演着一种具“张力感应”的核酸酶。研究团队运用先进的单分子实验技术——以微型磁镊操控单条DNA分子——发现ANKLE1能够“感受”DNA的拉伸或扭曲，并只会切割处于张力或超螺旋（扭曲）状态的DNA，就如同被过度拉紧的染色质桥一样。这种精确性机制防止了DNA随机断裂，维持基因组稳定。

共同通讯作者、生物物理学专家Efremov博士表示：“我们的研究显示，ANKLE1就像一把智能剪刀，只会在必要时——当DNA受拉伸、处于危险之际才会进行切割。这是一种细胞感应并回应基因物理压力的全新机制。”

团队结合传统生物学与尖端生物物理技术，对DNA分子施加精确力量，并实时观察ANKLE1的活性。陈英伟教授补充说：“这项研究的成功，全赖多学科专业的结合。通过物理学的方法，我们得以观察ANKLE1如何回应DNA的物理状态，这是传统生物学手段难以捕捉的现象。”

基因组稳定性与癌症治疗的新启示

该发现大幅推进对细胞在物理张力下维持遗传物质稳定性的理解。研究揭示ANKLE1作为张力感应型DNA切割酶的角色，为细胞如何防止危险的DNA断裂、从而避免癌症和其他疾病提供了关键线索。

研究亦指出，抑制ANKLE1可能令基因组不稳定的癌细胞进一步失衡，因此抑制ANKLE1可能会让癌细胞更容易被现有的化疗药物杀死。 ANKLE1有望成为癌症治疗的新靶点，为利用肿瘤细胞弱点带来新策略，同时加深对基因组维护机制的理解。

原文信息：

ANKLE1 processes chromatin bridges by cleaving mechanically stressed DNA

课题组信息：

https://sites.google.com/site/garychanlab/

https://artemefremovlab.com

文章来源|陈英伟教授（香港大学） Artem课题组

编辑|白 白

责编|远 山

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