DNA双链断裂损伤反应及它的医学意义

DNA损伤应激反应是维持基因组稳定性的基石.细胞在长期进化中形成了由损伤监视、周期调控、损伤修复、凋亡诱导等在内的自稳平衡机制.一方面,借助感应、识别并启动精细而复杂的修复机制修复损伤;另一方面,通过DNA损伤应激活化的细胞周期检查点机制,延迟或阻断细胞周期进程,为损伤修复提供时间,使细胞能安全进入新一轮细胞周期;损伤无法修复时则诱导细胞凋亡.DNA双链断裂(double strand breaks,DSBs)是真核基因组后果最严重的损伤类型之一,其修复不利,同肿瘤等人类疾病的发生发展密切相关.新进展揭示:DSBs损伤反应信号分子ATM-Chk2-p53、H2AX等的组成性活化,是肿瘤形成早期所激活的细胞内可诱导的抗癌屏障,其信号网络的精确、精细调控在基因组稳定性维持中发挥重要作用.此外,HIV病毒整合进入宿主细胞基因组的过程也依赖于宿主细胞中ATM介导的DSBs损伤反应信号转导;ATM特异性的小分子抑制剂在抗HIV感染中显示重要的功能意义.文中重点讨论调控DSBs损伤应激反应信号网络的主要研究进展,及其在肿瘤发生、发展及抗HIV感染中的新医学意义.     

乳腺癌易感蛋白1在DNA损伤修复中的作用

人类乳腺癌易感基因1(breast cancer susceptibility gene 1,BRCA1)首先是在乳腺癌家族中发现的,是具有遗传倾向的乳腺癌和卵巢癌易感基因,其基因的突变与家族性乳腺癌及卵巢癌的发生有密切联系。BRCA1是一种抑癌基因,其基因产物可以参与维持基因组稳定性的多条细胞信号通路,例如DNA损伤诱导的细胞周期调控、DNA损伤修复、基因转录调节、细胞凋亡、泛素化等重要的细胞活动。本文就近几年来BRCA1在DNA损伤修复中的作用的研究进展作一综述,包括DNA损伤诱导的细胞周期检查点的激活和DNA损伤修复两方面。     

DNA损伤谱的模拟和分析

电离辐射可以导致DNA的简单损伤或复杂损伤。复杂损伤可能引起细胞的死亡和基因突变,损伤的复杂程度对DNA的修复有很大的影响。研究DNA损伤谱对于细胞的修复、凋亡以及放射治疗等有重要意义。利用国际上现有的少量DNA损伤谱的计算结果,用一个简单模拟电离辐射致DNA损伤谱的算法模拟计算并分析了DNA损伤谱,分别给出了电子、质子和a粒子的参数,再现了径迹结构计算的结果。     

基因转录后调控在DNA损伤反应中的重要功能

DNA损伤发生时,细胞会激活一系列复杂的信号网络来调控细胞周期检查,完成DNA损伤修复或当损伤超过修复能力时诱导凋亡,这一信号网络被称为DNA损伤反应(DNA damage response,DDR)。以往DDR信号网络的研究主要集中于基因转录调控和蛋白共价修饰对功能分子的稳定性和活性调控。近年来,mRNA稳定性调控和mRNA翻译调控等基因转录后调控机制在DDR中的重要作用引起研究者越来越多的关注。研究证明:多种microRNAs和RNA结合蛋白(RNA-binding proteins,RBPs)在转录后水平调控诸多重要功能蛋白的表达,在DDR信号网络中起着不可或缺的作用。文章针对DDR反应中转录后调控的研究进展以及参与其中的microRNAs和RBPs进行阐述和讨论。     

组蛋白去乙酰化酶抑制剂对DNA双链断裂修复路径的作用

DNA双链断裂(double strand breaks, DSBs)对细胞生存是致命的.细胞内非同源末端连接(NHEJ)、重组修复(HDR)、单链退火修复(SSA)和微同源序列末端连接(MMEJ)等通路可竞争性修复DNA双链断裂损伤.在肿瘤细胞DNA中制造难以修复的基因损伤,诱导肿瘤细胞周期中止、坏死和凋亡是临床放、化疗的主要策略.组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase）作为抗肿瘤治疗的新靶标,其抑制剂(histonedeacetylase inhibitors, HDACi)可显著降低肿瘤细胞DSBs修复能力,增强肿瘤细胞的放、化疗敏感性.研究显示,HDACi抑制了肿瘤细胞中具有正确修复倾向的HDR和经典NHEJ通路,具有错误修复倾向的SSA和MMEJ路径也可能牵涉其中.目前,HDACi作用于DSBs修复通路的分子机制已取得较大进展,但仍有许多问题有待阐明.     

DNA错配修复与癌症的发生及治疗

DNA错配修复是细胞复制后的一种修复机制,具有维持DNA复制保真度,控制基因变异的作用。DNA错配修复缺陷使整个基因组不稳定,最终会导致肿瘤和癌症的发生。DNA错配修复系统不仅通过矫正在DNA重组和复制过程中产生的碱基错配而保持基因组的稳定,而且通过诱导DNA损伤细胞的凋亡而消除由突变细胞生长形成的癌变。错配修复缺陷细胞的抗药性也引起了癌症化疗研究方面的关注。大多数情况下,错配修复健全型细胞对肿瘤化疗药物敏感,而错配修复缺陷细胞却有较高的抗性。DNA错配修复系统通过修复和诱导细胞凋亡维护基因组稳定的功能,显示了错配修复途径在癌症生物学和分子医学中的重要性。     

c-Abl在DNA损伤反应中的功能

非受体酪氨酸激酶c-Abl在正常生理及病理条件下具有多种生物学功能。当电离辐射、顺铂、丝裂霉素C等DNA损伤诱导剂诱导DNA损伤反应后,c-Abl可参与DNA损伤反应后的细胞周期调控、基因重组修复及细胞凋亡调控等,进而决定细胞在DNA损伤反应条件下的状态。简要介绍了c-Abl在DNA损伤反应中的作用及其进展。     

紫外线诱导的DNA损伤与皮肤癌的发生(1)

日光中紫外线(ultraviolet radiation,UV)诱导的DNA损伤是导致皮肤癌发生的一个重要因素。在皮肤癌细胞中发现,调控细胞增殖、分化和凋亡的特异性基因出现与紫外线损伤相关的变异。根据日光中紫外线波长的不同,可将其分为3种：UVA,UVB和UVC。UVB是导致DNA损伤的主要类型。目前已证实一些原癌基因和抑癌基因由于紫外线引起的DNA损伤而发生变异。UV诱导产生皮肤癌是一个复杂的过程,涉及到许多细胞和分子水平上的变化,同时还与DNA的修复作用相关。     

DNA损伤检验点与损伤修复及基因组稳定性

生物有机体基因组DNA经常会受到内源或外源因素的影响而导致结构发生变化,产生损伤;在长期进化过程中,有机体也相应形成了一系列应对与修复损伤DNA,并维持染色体基因组正常结构功能的机制。其中DNA损伤检验点（DNA damage checkpoint）就是在感应DNA损伤的基础上,对损伤感应信号进行转导,或引起细胞周期的暂停,从而使细胞有足够的时间对损伤DNA进行修复,或最终导致细胞发生凋亡。DNA损伤检验点信号转导途径是一个高度保守的信号感应过程,整个途径大致可以分为损伤感应、信号传递及信号效应3个组成部分。其中3-磷脂酰肌醇激酶家族类成员ATM（ataxia-telangiectasia mutated）和ATR（ataxia-telangiectasia and Rad3-related）活性的增加构成整个途径活化的第一步。它们通过激活下游的效应激酶,Chk2／Chk1,通过协同作用许多其他调控细胞周期、DNA复制、DNA损伤修复及细胞凋亡等过程的蛋白质因子来实现细胞对DNA损伤的高度协调反应。近十几年,随着此领域研究的不断深入,人们逐步揭示了DNA损伤检验点途径发生过程中,各种核心组分通过与不同调节因子、效应因子及DNA损伤修复蛋白间的复杂相互作用,以实现监测感应异常DNA结构并实施相应反应的机制;其中,检验点衔接因子（mediators）及染色质结构,尤其是核小体组蛋白的共价修饰在调控ATM／ATR活性,促进ATM／ATR与底物间的相互作用以及介导DNA损伤位点周围染色质区域上多蛋白复合物在时间与空间上的动态形成发挥着重要的作用。同时,人们也开始发现DNA损伤检验点途径与DNA损伤修复、基因组稳定性以及肿瘤发生等过程之间某些内在的联系。该反应途径在通过协调细胞针对DNA损伤做出各种反应的基础上,直接或间接地参与或调控DNA损伤修复过程,并与DNA损伤修复途径协同作用最终保证染色体基凶组结构的完整性,而检验点途径的改变,则会引起基因组不稳定的发生,包括从突变频率的提高到大范围的染色体重排,以及染色体数量的畸变。如：突变发生在肿瘤形成早期,会大大增加肿瘤发生的几率。文章将对DNA损伤检验点途径机制及其对DNA损伤修复、基因组稳定性影响的最新进展进行综述。     

大田软海绵酸对FL细胞DNA的损伤及凋亡相关蛋白表达的影响

本文旨在探讨大田软海绵酸对人羊膜细胞DNA的损伤及凋亡相关蛋白表达的影响。实验用0、20、40、608、0、100 nmol/L OA诱导FL细胞4h后,检测DNA损伤程度的彗星实验表明,OA对FL细胞DNA的损伤随染毒浓度的升高而增加。蛋白免疫印迹法显示凋亡相关蛋白Bcl-2、Bax和p53的表达与染毒浓度呈负相关;用100 nmol/L OA分别诱导2h、4h、8h后发现,三种蛋白的表达与染毒时间也呈负相关。由此可知在OA诱导的FL细胞凋亡中,损伤DNA,降低Bcl-2蛋白的表达可能参与了凋亡的部分作用,而Bax和p53蛋白则可能与OA诱导的细胞增殖有关。     

HCV NS3/4A基因外来表达对Huh7细胞凋亡及DNA损伤应答的影响

NS3/4A是丙型肝炎病毒（hepatitis C virus,HCV）编码的丝氨酸蛋白酶复合体,是病毒完成自身复制周期的必要成分。该研究为调查NS3/4A对细胞凋亡及DNA损伤应答（DNA-damage response,DDR）的影响,在Huh7细胞中表达了外来NS3/4A基因。通过DAPI染色和MTT分析显示,外来表达NS3/4A显著诱导细胞的凋亡和增殖活力的下降。免疫荧光检测结果表明,NS3/4A可明显增加细胞内源性DNA双链断裂（double strand breaks,DSBs）损伤（γH2AX灶点升高）;而进一步用X-ray诱导细胞外源性DSBs损伤后,外来表达NS3/4A的细胞显示出明显的DSBs损伤修复缺陷（减缓的γH2AX灶点消退）。免疫印迹法检测结果显示,NS3/4A可抑制喜树碱（Camptothecin,CPT）诱导的ATM第1 981位丝氨酸的磷酸化（pATM1 981）。以上结果提示,NS3/4A基因外来表达可引起细胞DNA损伤,抑制ATM介导的DSBs损伤修复信号,诱导细胞凋亡通路的活化。     

一种基于GFP分子荧光显示的检测大尺度染色质松弛技术的建立

在真核生物中,基因组DNA是被高度包装成染色质的形式而存在的,这就对基因在复制、转录、修复、重组时的功能分子有效地接近DNA形成了天然屏障,执行上述生化反应需要松散染色质的结构,染色质松散是染色质动态变化即染色质重塑(chromatin remodeling)的一种形式.越来越多的证据表明,染色质重塑在DNA损伤反应中起着非常重要的作用,染色质重塑过程可以把损伤应答和修复蛋白募集到损伤位点,从而完成修复.为了进一步探讨染色质重塑和DNA损伤修复的偶联机制,采用了基于Lac抑制子和Lac操纵子的大规模染色质重塑报告系统,并借助GFP分子荧光显示方法,建立了可以直观地观察染色质松散的技术.在利用该技术证实了DNA损伤应答蛋白TIP60能够强烈诱导染色质松散的基础上,发现P53诱导基因3蛋白(PIG3)在细胞辐射DNA损伤反应中也能够一定程度地诱导染色质松弛.这些结果证明此技术是可靠的,也为阐述DNA损伤修复与染色质重塑关联机制提供了新的信息.     

DNA损伤修复基本方式的研究进展

DNA损伤修复基因可修复由不同原因导致的DNA损伤．从而保护遗传信息的完整性。DNA损伤修复有3种基本形式,即碱基切除修复、核苷酸切除修复和错配修复。本文综述了DNA损伤修复3种基本形式的研究进展情况并讨论了DNA链断裂重组和重接合修复及DNA聚合酶绕道修复DNA损伤。     

DNA瞬态损伤的快速修复阻断癌变最早事件的发展

DNA瞬态损伤(DNA自由基)引起DNA碱基对断裂和双螺旋结构下沉,导致基因失稳,可能是构成癌变的最早事件。基因失稳是癌的共同特征标志之一,而DNA修复可通过维持基因完整性来降低癌的发生。修复DNA的能力低下也是癌的共同特征标志之一。近年新发现了一种独特的修复机制,称为快速修复,专一地修复DNA瞬态损伤,只需几个微秒就能完成,比已知的酶性修复快十亿倍,修复速率常数达到109L.mol-1.s-1。还发现凡是具有快速修复能力的植物多酚类几乎都能不同程度地削弱癌的特征标志,包括使癌细胞形态正常化、抑制癌细胞增殖、促进癌细胞分化或凋亡、降低端粒酶活性、减少植瘤率、阻止细胞迁移和扩散、抑制血管生成、延长存活时间、降低患癌风险等。     

检验点激酶1的研究进展

检验点激酶1(checkpointkinase1,Chk1)为一种进化保守的蛋白激酶,是细胞检验点的转导因子。当电离辐射、紫外线等引起细胞DNA损伤或者DNA复制叉停滞时Chk1活化,诱导细胞产生细胞周期阻滞、DNA修复或细胞凋亡等特征。现对Chk1的结构、功能以及病毒通过Chk1调控宿主细胞周期等方面进行简述。     

DNA损伤修复过程表观遗传学改变

多种化学、物理及生物因素可诱发细胞DNA损伤,损伤后DNA损伤位点被相关损伤感受器识别,激活相应的修复通路进行DNA修复。越来越多的证据表明DNA甲基化状态、蛋白翻译后修饰、染色质重塑、miRNA等修饰方式参与了DNA的损伤修复。文章通过不同损伤修复通路中这些修饰的特点,阐述表观遗传学改变在DNA损伤修复发展过程中的作用机制。     

53BP1与DNA双链断裂损伤修复

DNA的精确复制和遗传对维持基因组稳定性有重要作用。DNA双链断裂损伤可能诱导细胞凋亡和染色质重排,在肿瘤的发生发展过程中发挥作用。53BP1是DNA双链断裂修复中的重要调节蛋白质之一,对调控损伤修复平衡和维持基因组稳定性起着重要作用。本文主要对53BP1的结构、生物学功能、信号通路、分子机制和翻译后修饰做一浅显的总结和展望,希望能为53BP1的深入研究提供一些理论基础。     

调控DNA损伤修复基因的微小RNA

随着对DNA损伤修复基因研究的深入,其信号转导路径及调控网络也进一步明了,调控DNA损伤修复基因的微小RNA(miRNA)也越来越多地被认识和发现。简要综述了DNA损伤途径中调控主要的损伤修复基因的miRNA,有助于深入阐明DNA损伤修复机制,为开发抗辐射药物和临床上DNA损伤修复异常相关肿瘤的基因治疗提供新的靶点。     

腺病毒介导的p33ING1b过表达显著促进衰老细胞的DNA损伤修复

p33^ING1b是一个较晚发现的肿瘤抑制基因ING1的主要表达形式,自从被成功克隆以后得到了广泛的研究,已有的研究表明,p33^ING1b参与了细胞的生长抑制、凋亡、染色质重塑、DNA损伤修复、肿瘤抑制和细胞衰老等。但是它在细胞衰老过程中的作用特别是对衰老细胞DNA损伤修复的影响还没有被地阐明,在本研究中,我们首先用2BS细胞构建了细胞衰老模型,通过RT-PCR和Western blot技术证实p33^ING1b在衰老细胞中的表达水平是下调的,然后通过构建和包装包含p33^ING1b基因的腺病毒,将p33^ING1b导入年轻和衰老细胞中并使其过表达,用HCR（host cell reactivation）方法检测年轻细胞和衰老细胞DNA损伤修复能力。我们的实验首次表明,相对于年轻细胞,p33^ING1b的过表达使衰老细胞的DNA的损伤修复能力显著增加,这说明p33^ING1b在衰老细胞中的表达下调与衰老细胞DNA损伤修复能力的下降有关,也进一步证实了p33^ING1b在细胞衰老过程中起着十分重要的作用。     

PHF1在肿瘤DNA损伤修复中的作用

轻微的DNA损伤可启动损伤修复途径,严重的DNA损伤则会启动细胞休眠或凋亡途径。PHF1是PcG蛋白家族中的重要组分,参与复杂的生物学过程,包括DNA损伤修复、细胞休眠或凋亡、组蛋白翻译后修饰和染色体重排。本文主要对PHF1的结构、参与的信号通路、翻译后修饰及生物学功能做小结和展望,为PHF1进一步研究提供理论基础。