DNA损伤修复

黑龙江大学
课程论文
题目：DNA损伤修复---重组修复
系院：生命科学学院
专业：生物工程
起止时间：2013年5月—— 2013年6月
DNA损伤修复---重组修复
摘要：DNA损伤修复(repair of DNA damage)在多种酶的作用下,生物细胞内的DNA分子受到损伤以后恢复结构的现象。

DNA损伤修复的研究有助于了解基因突变机制,衰老和癌变的原因 还可应用于环境致癌因子的检测。

DNA损伤的修复模式有很多种 在这里主要谈有关重组修复方面的
关键词：重组修复、同源重组修复、DNA损伤
DNA damage and repair --- recombination repair
LiuDongdong
(The 1th class of Biotechnology , College of Life Science, Heilongjiang University, Harbin,
150080)
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
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。

重组修复的主要步骤有：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。

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。

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。

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,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,这类核灶区的形成表明DNA 双链断裂修复正在进行[1]。

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。

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和X线修复交叉互补基因3(XRCC3)编码的蛋白是参与HR的元件,可修复DNA链的断裂和交联损伤[5]。

目前研究认为,XRCC2c.Arg188His和XRCC3c.Thr241Met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。

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:非同源末端连接和同源重组。

1.HR的过程:HR的分子机制最早在细菌和酵母中被阐明,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。

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)Holliday联结的形成与解离[8]。

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Holliday 联结完成链交换过程。

Holliday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。

ATR是AT和RAD3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(RAD51foci),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。

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
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