DNA损伤修复---重组修复

DNA损伤修复---重组修复

的。

关键词：重组修复、同源重组修复、DNA损伤

DNA damage and repair --- recombination repair

Abstract: DNA damage repair (repair of DNA damage) in the role of a variety of enzymes, the DNA molecules within living cells by the phenomenon of structural damage after recovery. DNA damage and repair studies help to understand the reasons for the gene mutation mechanisms, aging and cancer, can also be applied to the detection of the environmental carcinogen. DNA damage repair model there are many, here mainly with regard to recombination repair.

Key words: recombination repair, homologous recombination repair, DNA damage 简史

1949年A.凯尔纳偶然发现灰色链丝菌等微生物经紫外线(UV)照射后如果立即暴露在可见光下则可减少死亡。此后在大量的微生物实验中都发现了这种现象，并证明这是许多种微生物固有的DNA损伤修复功能,并把这一修复功能称为光复活。1958年R.L.希尔证明即使不经可见光的照射，大肠杆菌也能修复它的由紫外线所造成的DNA损伤，而后又证明其他微生物也有这种功能,当时就把这种修复功能称为暗复活或暗修复。此后发现暗修复普遍地存在于原核生物、低等真核生物、高等真核生物的两栖类乃至哺乳动物中，并证实暗修复包括切除修复和复制后修复两种。1968年美国学者J.E.克利弗首先发现人类中的常染色体隐性遗传的光化癌变疾病──着色性干皮病(XP)是由基因突变造成的 DNA损伤切除修复功能的缺陷引起的。这一发现为恶性肿瘤的发生机理提供了一个重要的分子生物学证据,也使DNA损伤修复的研究进入了医学领域。

损伤类型

DNA分子的损伤类型有多种。UV照射后DNA分子上的两个相邻的胸腺嘧啶 (T)或胞嘧啶(C)之间可以共价键连结形成环丁酰环，这种环式结构称为二聚体。胸腺嘧啶二聚体的形成是 UV对DNA分子的主要损伤方式。

Χ射线、γ射线照射细胞后，由细胞内的水所产生的自由基既可使DNA分子双链间氢键断裂,也可使它的单链或双链断裂。化学物中的博莱霉素、甲基磺酸甲烷等烷化剂也能造成链的断裂。

丝裂霉素C可造成DNA分子单链间的交联，这种情况常发生在两个单链的对角的鸟嘌呤之间。链的交联也往往带来DNA分子的断裂。

DNA 分子还可以发生个别碱基或核苷酸的变化。例如碱基结构类似物5-溴尿嘧啶等可以取代个别碱基，亚硝酸能引起碱基的氧化脱氨反应，原黄素（普鲁黄）等吖啶类染料和甲基氨基偶氮苯等芳香胺致癌物可以造成个别核苷酸对的增加或减少而引起移码突变（见基因突变）。

修复方式

DNA的修复方式有很多，包括重组修复、直接修复、切除修复、SOS修复、适应性修复、链交联修复、链断裂修复.

重组修复

重组修复(recombination repairing)：复制含有嘧啶二聚体或其它结构损伤的DNA，但当复制到损伤的部位时，子代DNA链中与损伤部位相对应的部位出现缺口，新合成的子链比未损伤的DNA链要短一些。完整的母链与有缺口的子链重组，缺口由母链来的核苷酸片段弥补。合成重组后，母链中的缺口通过DNA多聚酶的作用，合成核苷酸片段，然后由连接酶使新片段与旧链联结，重组修复完成。

是DNA修复机制之一，即双链DNA中的一条链发生损伤，在DNA进行复制时，由于该损伤部位不能成为模板，不能合成互补的DNA链，所以产生缺口，而从原来DNA的对应部位切出相应的部分将缺口填满，从而产生完整无损的子代DNA的这种修复现象。这种修复现象最初是在大肠杆菌中发现的，对修复能力缺乏的菌株recA-，由于在接合时没有遗传重组的能力，所以DNA损伤的这种修复机制就被命名为重组修复。可是recA-株表现出多方面的缺陷，所以没有理由把这种修复现象理解为一定是通过遗传重组机制而产主的。 ①受损伤的DNA链复制时，产生的子代DNA在损伤的对应部位出现缺口。②完整的另一条母链DNA与有缺口的子链DNA进行重组交换，将母链DNA上相应的片段填补子链缺口处，而母链DNA出现缺口。③以另一条子链DNA为模板，经DNA聚合酶催化合成一新DNA片段填补母链DNA的缺口，最后由DNA连接酶连接，完成修补。重组修复不能完全去除损伤，损伤的DNA段落仍然保留在亲代DNA链上，只是重组修复后合成的DNA分子是不带有损伤的，但经多次复制后，损伤就被“冲淡”了，在子代细胞中只有一个细胞是带有损伤DNA的。

母链中只有一条链有损伤，而不能被复制，在子链中产生缺口，这条子链与另一条完整的母链一样，可以用另一条母链的相应部位重组交换而不齐，所以补上的缺口与损伤DNA互补 DNA复制是半保留的，产生缺口的母链再以互补的子链为模版，互补合成缺口，补齐 重组修复的主要步骤有：

1． 复制: 含有TT或其他结构损伤的DNA仍然可以正常的进行复制，但当复制到损伤部位时，子代DNA链中与损伤部位相对应的位置出现切口，新合成的子链比未损伤的DNA链要短。

2． 重组: 完整的母链与有缺口的子链重组，缺口由母链来的核苷酸片段弥补。

3． 再合成: 重组后母链中的缺口通过DNA多聚酶的作用合成核酸片段，然后由连接酶使新片段与旧链连接，至此重组修复完成。

重组修复并没有从亲代DNA中去除二聚体。当第二次复制时，留在母链中的二聚体仍使复制不能正常进行，复制经过损伤部位时所产生的切口，仍旧要用同样的重组过程来弥补，随着DNA复制的继续，若干代以后，虽然二聚体始终没有除去，但损伤的DNA链逐渐“稀释”，最后无损于正常生理功能，损伤也就得到了修复。

同源重组修复

Rad51 及其同系物与DNA 同源重组修复

同源重组在由于电离辐射或复制叉受损所致的DNA 双链断裂的修复过程中发挥重要作用。以姐妹染色质为模板进行DNA 双链断裂修复对于维持基因组的稳定性十分必要。Rad51 蛋白质催化双链断裂的DNA末端侵入完整的姐妹染色质而促进DNA 重组过程。Rad51、Rad51 同系物及其他相关重组蛋白在受损DNA部位形成螺旋核蛋白细丝,其中DNA 链呈伸展状态形成网络结构, 这是同源配对的先决条件, 因为杂合性二倍体的建立首先需要DNA-DNA 相互作用。重组蛋白质则可能通过其蛋白质间相互作用而组成大的蛋白质复合物或重组体( recombinosome) , 并装配于DNA 受损部位以启动同源重组修复。在对DNA 损伤剂反应时,Rad51、Rad51 同系物及其他许多已知的重组蛋白质共定位于核内, 这类核灶区( nuclear foci ) 的形成表明DNA 双链断裂修复正在进行[ 1] 。Rad51 及其同系物蛋白质在DNA同源重组修复的早期阶段发挥作用, 当一条DNA 链上出现缺口而使复制叉不能工作时, Rad51 同系物复合物促使Rad51蛋白质识别DNA裂口,与DNA 及其他重组蛋白质一起装配Rad51 核灶区, Rade51 蛋白质促使裂口处的两条单链DNA 尾识别同源DNA 模板并配对, 通过分枝移行而延伸加长并形成四道连接( 4-w ayjunction, Holliday junction) 而完成链转移。另外,该复制叉也可回行并以一条原始链为模板而进行断裂链修复, 这将导致新合成的两条链退火和在复制叉处形成四道联接, 从而完成Rad51 依赖性的DNA 同源重组修复[ 2] 。在同源重组配对及链交换过程中Rad51 必须首先装配于单链DNA 而形成核蛋白细丝, 在该核蛋白细丝中, DNA 以高度伸展状态与蛋白质结合。Rad51 同系物及其复合物以AT P依赖性方式介导Rad51-单链DNA 核蛋白细丝的装配, 该装配过程受单链DNA 模板的二级结构的强烈抑制。单链DNA 结合蛋白RPA 可解除单链DNA 的二级结构而成为Rad51 催化的同源DNA配对及链交换过程的辅助因子, 但是RPA 也可与Rad51 竞争单链模板上的结合位点, 从而又可抑制Rad51 介导的同源DNA 配对和链交换效率。迄今已发现的Rad51 同系物和/ 或Rad51 同系物的杂合复合物均具有单链DNA 结合活性和单链DN A 刺激性AT P 酶活性, Rad51B/ Rad51C 等同系物复合物可促进缺乏RPA 时由Rad51 催化的DNA 交联形成。重组酶-单链DNA 核蛋白细丝的装配是同源DNA 配对及链交换反应的关键性第一步。Rad51核灶区的形成实际上是为受损DNA 的同源重组修复过程提供工作平台, Rad51 催化的断端单链DNA 寻找DN A 同源物、DNA 交联形成及DNA 链交换过程均发生于Rad51-单链DNA 核蛋白细丝内。虽然尚未完全确定各种Rad51 同系物和/ 或其复合物的精确的生物学功能及其分子作用机制, 但在5 种人类Rad51 同系物分别缺陷的5 种突变细胞中由DNA 损伤而诱导的Rad51 核灶区的形成均显著减弱, 因而提示5 种人类Rad51 同系物均参与将Rad51 送至DNA 损伤部位的过程[ 3] 。

同源重组修复( HR) 是一种重要的修复机制, 对维持遗传物质的正常功能和稳定性具有重要作用[ 4]。X线修复交叉互补基因2 ( X-ray repair cross-complementinggroup 2, XRCC2) 和X 线修复交叉互补基因3( XRCC3) 编码的蛋白是参与HR 的重要元件, 可修复DNA 链的

断裂和交联损伤[ 5] 。目前研究认为, XRCC2c.Arg 188His 和XRCC3c. Thr 241Met 的多态是两个基因最为重要的多态, 影响到它们编码产物修复DNA损伤的能力[ 6,7] , 与机体对多种毒物或致癌物的易感性有关。

DNA 双链断裂与同源重组修复

在多种多样的生物体中, 基因组保持完整具有极为重要的意义。它是细胞发挥功能和维持生存的必要条件。生物体基因组暴露于离子射线或者受内切酶作用, 特别是在染色体自我复制过程中都会出现双链断裂。如果这些断裂未能及时修复就会引起细胞的染色体丢失或导致细胞的死亡。修复不正确也会引起基因的突变和染色体的重组。真核生物对这些断裂的修复有两种机理: 非同源末端连接( nonhomologyend joining , NHEJ ) 和同源重组( homology recombinat ion, HR)。

1. HR的过程: HR 的分子机制最早在细菌( E.co li)和酵母( S. cerev isiae)中被阐明, 在哺乳动物中保守。HR需要有一个与损伤区域的DNA 序列具有高度同源性的完整双链DNA 分子作为模板, 其中首选的模板是损伤分子的姐妹染色单体( Johnson等. 2000)。HR 的主要过程可分为: ( 1 ) DNA 损伤位点的加工处理; ( 2 )链侵入和修复性合成; ( 3)Ho lliday联结的形成与解离[ 8] 。其过程简述如下: 首先由细胞中的核酸外切酶, 如MRE11/RAD50 /NBS1( MRN ) 三元复合物中的MRE11 对DNA 断裂末端进行5 '→ 3 '方向的切割加工, 暴露出3 '单链DNA 末端, 后者与若干个复制蛋白A ( rep l-ica tion prote in A, RPA )分子结合, 起到稳定并保护DNA 单链、防止形成二级结构的作用( Jackson 等.2002)。HR 修复的关键步骤是RAD51依赖性链侵入过程。RAD51是大肠杆菌RecA在真核细胞中的同源物, 具有DNA 依赖的ATPase活性, 是HR 修复通路的核心分子, 催化同源序列的寻找、链配对和链 交换过程。RAD51竞争性置换3 '单链DNA 末端上结合RPA 分子, 并覆盖在暴露的DNA 单链上, 形成.. 核蛋白丝.. ( nucleopro te in filam ent) ( Stauffer 等.2004)。RAD51引导核蛋白丝识别同源DNA 模板并催化DNA 链的配对、延伸、形成Ho lliday 联结(Ho lliday junction) , 完成链交换过程。H olliday 联结经核酸酶和连接酶切割和再连接后解体, 得到两个完整的双链DNA 分子[ 9] 。

2. 参与HR 调控的重要分子: 除上文中提到的直接参与HR 的分子, 还有多个分子对HR 通路起着重要的调控作用, 如ATM、ATR、BRCA1、BRCA2、p53等。

ATM 和ATR: ATM 基因最早发现于共济失调性毛细血管扩张综合征( atax ia telang iectasia, AT )患者, ATM的突变是直接的发病原因。ATM 缺失细胞株具有染色体不稳定、对电离辐射敏感、细胞周期阻滞缺陷等特征( K itagaw a 等. 2005 )。ATR 是AT和RAD3 ( atax ia-telang iectasia and R ad3-related) 相关型蛋白。两者同属PI3KK 家族, 是调控细胞DNA损伤激活的各条信号通路的核心分子, 能够识别损伤并通过磷酸化下游分子如H2AX、SMC1、CHK1、CHK2、p53、FANCD2等激活多条信号通路。HR 通路被激活时, 细胞内能检测到明显的RAD51 灶( RAD51 foci) , 被认为是RAD51激活的表现。ATM功能缺失的细胞在发生DNA 损伤时不能及时形成RAD51灶(Morrison 等. 2000 )。复制依赖的DSBs主要激活ATR,

后者通过磷酸化CHK1调控RAD51的激活进而影响HR 修复系统的效率[ 10] 。ATM 和ATR 同等重要, 但两者的功能各有侧重: ATR 具有比ATM 更广的损伤应答范围。ATM 几乎专一地作用于DSBs的应答, 而ATR 对于UV 和DNA 复制阻碍诱导的损伤都可产生应答; 在DSBs激活的两条通路中, ATM 都有重要作用, 而ATR 只与HR 通路密切相关。 结束语

同源重组对于基因组的维持和遗传多样性的形成均是一个必需的过程。已经明确, Rad51 蛋白质是同源重组的关键酶。诸多研究提示, 许多相关蛋白质以复合物的形式共同参与DNA 的核苷酸切除性修复, Rad51 蛋白质及其同系物是这类复合物的重要组成成分之一。在Rad51 蛋白质及其同系物参与的受损DNA 的重组修复领域中, 还需进行深入研究以阐明这类蛋白质复合物的分子组成及其分子作用机制。

参考文献

[ 1] Mass on JY et al . Proc Nat l Acad Sci USA , 2001, 98( 15) :8440-8446.

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[4] Wood RD, Mit chell M, Sgouros J, et al . Human DNA repair genes[ J] .Science, 2001,

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[6] Rafii S, O..Regan P, Xinarianos G, et al. A pot ent ial role for the XRCC2R 188H

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[8]. Jackson SP. Sensing and repair ing DNA doub le- strandbreaks. Ca rc inog enesis, 2002, 23:

687~ 696.

[9]. H aber JE. Partners and pathw ays repair ing a doub le- strandbreak. Trends Gene t, 2000, 16:

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is required fo rm amm a lian homo logous recom bination repa ir. Nat Ce ll B io ,l 2005, 7: 195~ 201

DNA损伤修复---重组修复

的。

关键词：重组修复、同源重组修复、DNA损伤

DNA damage and repair --- recombination repair

Abstract: DNA damage repair (repair of DNA damage) in the role of a variety of enzymes, the DNA molecules within living cells by the phenomenon of structural damage after recovery. DNA damage and repair studies help to understand the reasons for the gene mutation mechanisms, aging and cancer, can also be applied to the detection of the environmental carcinogen. DNA damage repair model there are many, here mainly with regard to recombination repair.

Key words: recombination repair, homologous recombination repair, DNA damage 简史

1949年A.凯尔纳偶然发现灰色链丝菌等微生物经紫外线(UV)照射后如果立即暴露在可见光下则可减少死亡。此后在大量的微生物实验中都发现了这种现象，并证明这是许多种微生物固有的DNA损伤修复功能,并把这一修复功能称为光复活。1958年R.L.希尔证明即使不经可见光的照射，大肠杆菌也能修复它的由紫外线所造成的DNA损伤，而后又证明其他微生物也有这种功能,当时就把这种修复功能称为暗复活或暗修复。此后发现暗修复普遍地存在于原核生物、低等真核生物、高等真核生物的两栖类乃至哺乳动物中，并证实暗修复包括切除修复和复制后修复两种。1968年美国学者J.E.克利弗首先发现人类中的常染色体隐性遗传的光化癌变疾病──着色性干皮病(XP)是由基因突变造成的 DNA损伤切除修复功能的缺陷引起的。这一发现为恶性肿瘤的发生机理提供了一个重要的分子生物学证据,也使DNA损伤修复的研究进入了医学领域。

损伤类型

DNA分子的损伤类型有多种。UV照射后DNA分子上的两个相邻的胸腺嘧啶 (T)或胞嘧啶(C)之间可以共价键连结形成环丁酰环，这种环式结构称为二聚体。胸腺嘧啶二聚体的形成是 UV对DNA分子的主要损伤方式。

Χ射线、γ射线照射细胞后，由细胞内的水所产生的自由基既可使DNA分子双链间氢键断裂,也可使它的单链或双链断裂。化学物中的博莱霉素、甲基磺酸甲烷等烷化剂也能造成链的断裂。

丝裂霉素C可造成DNA分子单链间的交联，这种情况常发生在两个单链的对角的鸟嘌呤之间。链的交联也往往带来DNA分子的断裂。

DNA 分子还可以发生个别碱基或核苷酸的变化。例如碱基结构类似物5-溴尿嘧啶等可以取代个别碱基，亚硝酸能引起碱基的氧化脱氨反应，原黄素（普鲁黄）等吖啶类染料和甲基氨基偶氮苯等芳香胺致癌物可以造成个别核苷酸对的增加或减少而引起移码突变（见基因突变）。

修复方式

DNA的修复方式有很多，包括重组修复、直接修复、切除修复、SOS修复、适应性修复、链交联修复、链断裂修复.

重组修复

重组修复(recombination repairing)：复制含有嘧啶二聚体或其它结构损伤的DNA，但当复制到损伤的部位时，子代DNA链中与损伤部位相对应的部位出现缺口，新合成的子链比未损伤的DNA链要短一些。完整的母链与有缺口的子链重组，缺口由母链来的核苷酸片段弥补。合成重组后，母链中的缺口通过DNA多聚酶的作用，合成核苷酸片段，然后由连接酶使新片段与旧链联结，重组修复完成。

是DNA修复机制之一，即双链DNA中的一条链发生损伤，在DNA进行复制时，由于该损伤部位不能成为模板，不能合成互补的DNA链，所以产生缺口，而从原来DNA的对应部位切出相应的部分将缺口填满，从而产生完整无损的子代DNA的这种修复现象。这种修复现象最初是在大肠杆菌中发现的，对修复能力缺乏的菌株recA-，由于在接合时没有遗传重组的能力，所以DNA损伤的这种修复机制就被命名为重组修复。可是recA-株表现出多方面的缺陷，所以没有理由把这种修复现象理解为一定是通过遗传重组机制而产主的。 ①受损伤的DNA链复制时，产生的子代DNA在损伤的对应部位出现缺口。②完整的另一条母链DNA与有缺口的子链DNA进行重组交换，将母链DNA上相应的片段填补子链缺口处，而母链DNA出现缺口。③以另一条子链DNA为模板，经DNA聚合酶催化合成一新DNA片段填补母链DNA的缺口，最后由DNA连接酶连接，完成修补。重组修复不能完全去除损伤，损伤的DNA段落仍然保留在亲代DNA链上，只是重组修复后合成的DNA分子是不带有损伤的，但经多次复制后，损伤就被“冲淡”了，在子代细胞中只有一个细胞是带有损伤DNA的。

母链中只有一条链有损伤，而不能被复制，在子链中产生缺口，这条子链与另一条完整的母链一样，可以用另一条母链的相应部位重组交换而不齐，所以补上的缺口与损伤DNA互补 DNA复制是半保留的，产生缺口的母链再以互补的子链为模版，互补合成缺口，补齐 重组修复的主要步骤有：

1． 复制: 含有TT或其他结构损伤的DNA仍然可以正常的进行复制，但当复制到损伤部位时，子代DNA链中与损伤部位相对应的位置出现切口，新合成的子链比未损伤的DNA链要短。

2． 重组: 完整的母链与有缺口的子链重组，缺口由母链来的核苷酸片段弥补。

3． 再合成: 重组后母链中的缺口通过DNA多聚酶的作用合成核酸片段，然后由连接酶使新片段与旧链连接，至此重组修复完成。

重组修复并没有从亲代DNA中去除二聚体。当第二次复制时，留在母链中的二聚体仍使复制不能正常进行，复制经过损伤部位时所产生的切口，仍旧要用同样的重组过程来弥补，随着DNA复制的继续，若干代以后，虽然二聚体始终没有除去，但损伤的DNA链逐渐“稀释”，最后无损于正常生理功能，损伤也就得到了修复。

同源重组修复

Rad51 及其同系物与DNA 同源重组修复

同源重组在由于电离辐射或复制叉受损所致的DNA 双链断裂的修复过程中发挥重要作用。以姐妹染色质为模板进行DNA 双链断裂修复对于维持基因组的稳定性十分必要。Rad51 蛋白质催化双链断裂的DNA末端侵入完整的姐妹染色质而促进DNA 重组过程。Rad51、Rad51 同系物及其他相关重组蛋白在受损DNA部位形成螺旋核蛋白细丝,其中DNA 链呈伸展状态形成网络结构, 这是同源配对的先决条件, 因为杂合性二倍体的建立首先需要DNA-DNA 相互作用。重组蛋白质则可能通过其蛋白质间相互作用而组成大的蛋白质复合物或重组体( recombinosome) , 并装配于DNA 受损部位以启动同源重组修复。在对DNA 损伤剂反应时,Rad51、Rad51 同系物及其他许多已知的重组蛋白质共定位于核内, 这类核灶区( nuclear foci ) 的形成表明DNA 双链断裂修复正在进行[ 1] 。Rad51 及其同系物蛋白质在DNA同源重组修复的早期阶段发挥作用, 当一条DNA 链上出现缺口而使复制叉不能工作时, Rad51 同系物复合物促使Rad51蛋白质识别DNA裂口,与DNA 及其他重组蛋白质一起装配Rad51 核灶区, Rade51 蛋白质促使裂口处的两条单链DNA 尾识别同源DNA 模板并配对, 通过分枝移行而延伸加长并形成四道连接( 4-w ayjunction, Holliday junction) 而完成链转移。另外,该复制叉也可回行并以一条原始链为模板而进行断裂链修复, 这将导致新合成的两条链退火和在复制叉处形成四道联接, 从而完成Rad51 依赖性的DNA 同源重组修复[ 2] 。在同源重组配对及链交换过程中Rad51 必须首先装配于单链DNA 而形成核蛋白细丝, 在该核蛋白细丝中, DNA 以高度伸展状态与蛋白质结合。Rad51 同系物及其复合物以AT P依赖性方式介导Rad51-单链DNA 核蛋白细丝的装配, 该装配过程受单链DNA 模板的二级结构的强烈抑制。单链DNA 结合蛋白RPA 可解除单链DNA 的二级结构而成为Rad51 催化的同源DNA配对及链交换过程的辅助因子, 但是RPA 也可与Rad51 竞争单链模板上的结合位点, 从而又可抑制Rad51 介导的同源DNA 配对和链交换效率。迄今已发现的Rad51 同系物和/ 或Rad51 同系物的杂合复合物均具有单链DNA 结合活性和单链DN A 刺激性AT P 酶活性, Rad51B/ Rad51C 等同系物复合物可促进缺乏RPA 时由Rad51 催化的DNA 交联形成。重组酶-单链DNA 核蛋白细丝的装配是同源DNA 配对及链交换反应的关键性第一步。Rad51核灶区的形成实际上是为受损DNA 的同源重组修复过程提供工作平台, Rad51 催化的断端单链DNA 寻找DN A 同源物、DNA 交联形成及DNA 链交换过程均发生于Rad51-单链DNA 核蛋白细丝内。虽然尚未完全确定各种Rad51 同系物和/ 或其复合物的精确的生物学功能及其分子作用机制, 但在5 种人类Rad51 同系物分别缺陷的5 种突变细胞中由DNA 损伤而诱导的Rad51 核灶区的形成均显著减弱, 因而提示5 种人类Rad51 同系物均参与将Rad51 送至DNA 损伤部位的过程[ 3] 。

同源重组修复( HR) 是一种重要的修复机制, 对维持遗传物质的正常功能和稳定性具有重要作用[ 4]。X线修复交叉互补基因2 ( X-ray repair cross-complementinggroup 2, XRCC2) 和X 线修复交叉互补基因3( XRCC3) 编码的蛋白是参与HR 的重要元件, 可修复DNA 链的

断裂和交联损伤[ 5] 。目前研究认为, XRCC2c.Arg 188His 和XRCC3c. Thr 241Met 的多态是两个基因最为重要的多态, 影响到它们编码产物修复DNA损伤的能力[ 6,7] , 与机体对多种毒物或致癌物的易感性有关。

DNA 双链断裂与同源重组修复

在多种多样的生物体中, 基因组保持完整具有极为重要的意义。它是细胞发挥功能和维持生存的必要条件。生物体基因组暴露于离子射线或者受内切酶作用, 特别是在染色体自我复制过程中都会出现双链断裂。如果这些断裂未能及时修复就会引起细胞的染色体丢失或导致细胞的死亡。修复不正确也会引起基因的突变和染色体的重组。真核生物对这些断裂的修复有两种机理: 非同源末端连接( nonhomologyend joining , NHEJ ) 和同源重组( homology recombinat ion, HR)。

1. HR的过程: HR 的分子机制最早在细菌( E.co li)和酵母( S. cerev isiae)中被阐明, 在哺乳动物中保守。HR需要有一个与损伤区域的DNA 序列具有高度同源性的完整双链DNA 分子作为模板, 其中首选的模板是损伤分子的姐妹染色单体( Johnson等. 2000)。HR 的主要过程可分为: ( 1 ) DNA 损伤位点的加工处理; ( 2 )链侵入和修复性合成; ( 3)Ho lliday联结的形成与解离[ 8] 。其过程简述如下: 首先由细胞中的核酸外切酶, 如MRE11/RAD50 /NBS1( MRN ) 三元复合物中的MRE11 对DNA 断裂末端进行5 '→ 3 '方向的切割加工, 暴露出3 '单链DNA 末端, 后者与若干个复制蛋白A ( rep l-ica tion prote in A, RPA )分子结合, 起到稳定并保护DNA 单链、防止形成二级结构的作用( Jackson 等.2002)。HR 修复的关键步骤是RAD51依赖性链侵入过程。RAD51是大肠杆菌RecA在真核细胞中的同源物, 具有DNA 依赖的ATPase活性, 是HR 修复通路的核心分子, 催化同源序列的寻找、链配对和链 交换过程。RAD51竞争性置换3 '单链DNA 末端上结合RPA 分子, 并覆盖在暴露的DNA 单链上, 形成.. 核蛋白丝.. ( nucleopro te in filam ent) ( Stauffer 等.2004)。RAD51引导核蛋白丝识别同源DNA 模板并催化DNA 链的配对、延伸、形成Ho lliday 联结(Ho lliday junction) , 完成链交换过程。H olliday 联结经核酸酶和连接酶切割和再连接后解体, 得到两个完整的双链DNA 分子[ 9] 。

2. 参与HR 调控的重要分子: 除上文中提到的直接参与HR 的分子, 还有多个分子对HR 通路起着重要的调控作用, 如ATM、ATR、BRCA1、BRCA2、p53等。

ATM 和ATR: ATM 基因最早发现于共济失调性毛细血管扩张综合征( atax ia telang iectasia, AT )患者, ATM的突变是直接的发病原因。ATM 缺失细胞株具有染色体不稳定、对电离辐射敏感、细胞周期阻滞缺陷等特征( K itagaw a 等. 2005 )。ATR 是AT和RAD3 ( atax ia-telang iectasia and R ad3-related) 相关型蛋白。两者同属PI3KK 家族, 是调控细胞DNA损伤激活的各条信号通路的核心分子, 能够识别损伤并通过磷酸化下游分子如H2AX、SMC1、CHK1、CHK2、p53、FANCD2等激活多条信号通路。HR 通路被激活时, 细胞内能检测到明显的RAD51 灶( RAD51 foci) , 被认为是RAD51激活的表现。ATM功能缺失的细胞在发生DNA 损伤时不能及时形成RAD51灶(Morrison 等. 2000 )。复制依赖的DSBs主要激活ATR,

后者通过磷酸化CHK1调控RAD51的激活进而影响HR 修复系统的效率[ 10] 。ATM 和ATR 同等重要, 但两者的功能各有侧重: ATR 具有比ATM 更广的损伤应答范围。ATM 几乎专一地作用于DSBs的应答, 而ATR 对于UV 和DNA 复制阻碍诱导的损伤都可产生应答; 在DSBs激活的两条通路中, ATM 都有重要作用, 而ATR 只与HR 通路密切相关。 结束语

同源重组对于基因组的维持和遗传多样性的形成均是一个必需的过程。已经明确, Rad51 蛋白质是同源重组的关键酶。诸多研究提示, 许多相关蛋白质以复合物的形式共同参与DNA 的核苷酸切除性修复, Rad51 蛋白质及其同系物是这类复合物的重要组成成分之一。在Rad51 蛋白质及其同系物参与的受损DNA 的重组修复领域中, 还需进行深入研究以阐明这类蛋白质复合物的分子组成及其分子作用机制。

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