DNA损伤修复机制——解读2015年诺贝尔化学奖

Tomas Lindahl, Paul Modrich和Aziz Sancar三位科学家因发现“DNA损伤修复机制”获得了2015年诺贝尔化学奖．Lindahl首次发现Escherichia Coli中参与碱基切除修复的第一个蛋白质--尿嘧啶 DNA糖基化酶（UNG）; Modrich重建了错配修复的体外系统,从大肠杆菌到哺乳动物深入探究了错配修复的机制; Sancar利用纯化的UvrA、UvrB、UvrC重建了核苷酸切除修复的关键步骤,阐述了核苷酸切除修复的分子机制．DNA损伤是由生物所处体外环境和体内因素共同导致的,面对不同种类的损伤,机体启动多种不同的修复机制修复损伤,保护基因组稳定性．这些修复机制包括：光修复(light repairing);核苷酸切除修复（nucleotide excision repair, NER）;碱基切除修复（base excision repair, BER）;错配修复（mismatch repair, MMR）;以及DNA双链断裂修复（DNA double strand breaks repair, DSBR）．其中DNA双链断裂修复又分同源重组（homologous recombination, HR）和非同源末端连接（non homologous end joining, NHEJ）两种方式．本文将对上述几种修复的机制进行总结与讨论．     

天然产物产生菌自抗性中DNA损伤修复的研究进展

临床上使用的抗生素大多是由微生物次级代谢产生的天然产物及其衍生物,这类化合物可以抑制微生物的生长,具有显著的细胞毒性。产生菌在合成这些抗生素的同时,也需要通过多种自抗性机制来应对其对自身的毒害作用。本文总结了近年来DNA损伤修复途径参与的天然产物产生菌自抗性机制的研究进展,重点介绍了DNA损伤类抗生素产生菌中的碱基切除修复途径和类核苷酸切除修复途径等,并对目前DNA损伤修复抗性机制中存在的问题进行了讨论,同时对其潜在的应用进行了展望。     

紫外诱导植物产生DNA损伤的修复机制

日光中的紫外线可以诱导生物体的DNA产生损伤,产生的损伤主要有两种：环丁烷嘧啶二聚体（CPD）和6-4光产物（即6-4嘧啶二聚体）.这些损伤如果不经修复则可能会导致生物体死亡.最近的研究证明,植物可以通过多种途径来修复紫外诱导的DNA损伤,包括6-4光产物和CPD的光修复作用.此外,植物还可以通过一般的核酸切除修复（NER）以及旁路聚合酶（bypass polymerase）来修复损伤.     

碱基切除修复在阿尔茨海默病和帕金森病中的作用

细胞代谢或细胞应激均可以引起DNA氧化损伤。DNA氧化损伤与神经退行性疾病的发生、发展密切相关。碱基切除修复在抵抗脑细胞DNA氧化损伤中起着重要的作用。就碱基切除修复在阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)和帕金森病(Parkinson’s disease,PD)中的作用及其机制进行综述。     

DNA 去甲基化机制的研究进展*

DNA甲基化作为动植物体内一种重要的表观遗传修饰形式,在调控基因表达、维持基因组的稳定性等方面发挥重要的生物学作用。固有DNA甲基化水平和模式的变化会导致生物的表型异常甚至死亡。而5-甲基胞嘧啶的水平和模式是由DNA甲基化和去甲基化共同决定的。DNA去甲基化可以分为主动去甲基化与被动去甲基化,而基因组甲基化模式的形成主要依赖于主动去甲基化。本文综述了生物体内DNA主动去甲基化五种潜在机制:DNA转葡糖基酶参与的碱基切除修复途径、脱氨酶参与的碱基切除修复途径、核苷酸切除修复途径、氧化作用去甲基化与水解作用去甲基化。     

DNA修复——基因组稳定性护卫机制的原创与发现之旅

基因组DNA是遗传的物质基础,编码的信息指导生物种系的复制延续、生命体的生长发育和代谢活动。无论是在外环境因素的应激压力下还是处于正常状态,DNA损伤时刻在发生,由此,DNA损伤修复作为重要的细胞内在机制,在维护基因组稳定性、降低癌症等人类系列重大疾病风险中发挥了不可替代作用。三位科学家汤姆·林达尔(Tomas Lindahl)、阿齐兹·桑贾尔（Aziz Sancar）、保罗·莫德里奇（Paul Modrich）因发现和揭示DNA修复及其机制的杰出贡献,获得2015年诺贝尔化学奖。本文综述了三位获奖者分别在DNA损伤的碱基切除修复、核苷酸切除修复和错配修复研究中的原创发现,以及相应的修复通路机制的描绘。此3种修复通路,主要是针对紫外线和化学物所致DNA的碱基损伤、嘧啶二聚体及加合物或者DNA复制过程中发生的碱基错误配对的修复。恰巧,2015年拉斯克基础医学研究奖授予的两位科学家,也因他们揭示了DNA损伤应答现象和机制研究的重大贡献而获奖,本文也呈现了获奖者的关键性科学发现。最后,简要展望了中国DNA损伤修复领域的发展。     

核苷酸切除修复对UVB光损伤的识别机制

中波紫外线（UVB）会对皮肤造成各种损伤,这些都根源于UVB对皮肤细胞DNA的光损伤。光损伤产物主要有环丁烷嘧啶二聚体（CPD）和64光产物（6-4PP）两类,还包括少量的氧化损伤。CPD和6-4PP的修复是由核苷酸切除修复（NER）执行的。NER可分为全基因组核苷酸切除修复（GGR）和转录耦联核苷酸切除修复（TCR）两个亚途径。识别因子XPC通过一种不直接识别损伤本身的机制在GGR识别过程中发挥作用;在TCR识别过程中强调了关键因子CSB单体及二聚体两种形式的转换。在染色质水平上,DDB介导的泛素化作用是NER识别过程中重要的调控要素。另外,完成使命的识别因子的最终走向也是NER途径中的一个重要环节。通过分析上述生化过程,较清楚地总结了GGR及TCR对UVB导致的光损伤的识别机制。     

DNA切除修复与转录偶联

细胞DNA受到某些环境理化因子损伤后,其中活性转录基因和DNA转录链上的损伤被优先切除修复,这种DNA选择性修复直接与基因转录过程偶联．在大肠杆菌中已分离到实现此功能的转录修复偶联因子（TRCF）,是由mdf基因编码的一种具有ATPase活性的DNA结合蛋白．在真核细胞中,发现某些DNA修复蛋白也在DNA转录中起作用,如人DNA切除修复基因ERCG－3编码产物,是转录因子TFⅡH中最大亚基p89,酵母切除修复基因RAD3就是编码因子b的最大亚基p85．     

紫外线诱导DNA损伤及修复研究的起因与发展

人类在DNA修复研究方面的重大突破主要来自紫外线诱导DNA损伤及修复研究,而该研究对于人类了解基因突变的机制、衰老和癌变的原因,以及应用于环境致癌因子的检测等方面具有重要意义。对以光修复为主的DNA直接修复和具有核苷酸切除修复、碱基切除修复、SOS修复3种基本形式的DNA切除修复的起因与发展历程进行综述。     

碱基切除修复与分枝杆菌基因组稳定性

维持基因组稳定是生物生存的基础。碱基切除修复(base excision repair,BER)是修复损伤DNA、维持基因组稳定的主要方式之一。碱基切除修复对结核分枝杆菌等胞内致病菌尤其重要。fpg编码碱基切除修复的关键酶。本文通过比较分枝杆菌的基因组,发现结核菌较其他非致病分枝杆菌具有更多的碱基切除修复基因。这提示碱基切除修复可能对结核菌在宿主体内存活和致病至关重要。这条途径也许是新结核病药物研发的重要靶标。     

用DNA介导的基因转移法提高XP细胞对紫外辐射损伤的修复能力

本文用两种DNA介导的基因转移法(DNA—磷酸钙共沉淀法和电脉冲刺激法),将具有切除修复功能的人HeLaS3细胞的DNA,植入切除修复缺陷的着色性干皮症(XP)细胞中。实验结果表明:植入HeLaS3 DNA后,可以部份恢复XP细胞DNA切除修复的功能,提高其对紫外线辐射损伤的抗性。表现为转化细胞在UV_(254)照射后存活率的显著升高和非周期DNA合成能力的增强。     

重离子辐照酿酒酵母DNA损伤修复途径研究进展

重离子辐照通过直接和间接作用导致生物体DNA产生损伤,包括DNA的链断裂、碱基的插入或丢失以及氧化损伤等.DNA损伤直接影响复制、转录和蛋白质合成,同时还是突变的重要原因,因此,DNA损伤修复系统尤为重要.在酿酒酵母中,这些损伤主要是通过同源重组修复(homologous recombination repair,HRR)、碱基错配修复(mismatch repair,MMR)和碱基切除修复(base excision repair,BER)等途径来修复的.作为真核生物研究的模式生物,对于酿酒酵母DNA损伤修复的HRR、MMR和BER途径研究颇多,也不断有一些新的成果出现,特别是对于相关途径的完善和相关蛋白的深化更是研究热点,在此对近年来有关重离子辐照酿酒酵母DNA损伤修复途径方面的研究做一综述.     

白念珠菌DNA损伤与修复

内外环境中各种因素如电离辐射、紫外辐射、氧化剂、烷化剂等都可以造成白念珠菌DNA的损伤。如果DNA的损伤得不到有效的修复,便会造成突变。白念珠菌的突变率很高,但并不是所有DNA受损伤的细胞都会表现出突变型性状,这跟其自身的修复系统有很大关系,主要包括切除修复、错配修复及双链断裂修复等途径,使得绝大多数损伤能够及时修复,从而维持DNA的完整性与稳定性。白念珠菌DNA的损伤修复可能影响其适应性、药物敏感性等表型,从而给临床感染患者的治疗增加难度。本文主要从白念珠菌DNA损伤的产生,损伤信号的传导识别及损伤修复三方面综述目前的研究进展。     

泛素E3连接酶接头蛋白SPOP和MDM2在DNA损伤修复中的作用

DNA损伤修复是维持细胞基因组稳定性和完整性的基础,越来越多的研究发现,E3泛素连接酶在DNA损伤修复中起着重要的作用.该文将介绍DNA损伤修复的机制、DNA损伤修复与疾病的关系、及E3泛素连接酶接头蛋白MDM2和SPOP在DNA损伤修复中的作用.重点围绕DNA损伤修复的两条通路:E3泛素连接酶接头蛋白SPOP与ATM...     

螺旋藻多糖对核酸内切酶活性和DNA修复合成的增强作用

本文用核酸内切酶实验和放射自显影术研究了螺旋藻水溶性多糖对DNA切除修复的效应。结果表明,该多糖能显著增强辐射引起DNA损伤的切除修复活性和程序外DNA合成(UDS)。考察切除修复的时程,发现螺旋藻多糖的存在不但能加快损伤DNA切除反应和UDS的初时速度,而且能延缓以上两个重要修复反应的饱和。     

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.     

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。     

核苷酸切除修复的研究进展

核苷酸切除修复的研究进展明亮（杭州大学生命科学学院,杭州３１００１２）关键词核苷酸切除修复自１９５８年Ｒｕｐｅｒｔ等首次证明紫外线照射造成的ＤＮＡ损伤可由光裂合酶催化的光复活作用进行修复后,有关ＤＮＡ修复的研究和探索长期来为生命科学工作者所重视。ＤＮ...     

从DNA修复机理看细胞癌变的发生机制

DNA损伤是引起基因突变,导致细胞恶性转化的重要原因．DNA损伤的修复过程非常复杂,是与细胞周期调节、DNA复制和DNA转录等生命活动紧密相连的．首先DNA修复需要细胞周期停滞,避免DNA损伤进入子代细胞．其次,参与DNA转录的某些基因产物参与DNA损伤的识别,有利于转录链的优先修复．最后,DNA修复系统NER、MMR参与损伤修复．上述DNA修复过程任何环节的异常,都将造成DNA修复功能减弱,导致某些功能基因突变,从而导致细胞的恶性转化．     

Sirtuin家族与DNA损伤修复

DNA损伤的发生与积累是造成细胞功能紊乱的根本原因,也是引起衰老与肿瘤等疾病发生的关键事件。为维持机体自身遗传物质的完整性与稳定性,生物体内拥有多种针对不同类型DNA损伤的修复方式。Sirtuin蛋白是一组NAD+依赖的、高度保守的组蛋白去乙酰化酶,可通过去乙酰化作用调节众多底物蛋白质的表达、活性与稳定性。 近来的研究显示,DNA损伤修复途径的多个关键蛋白质是Sirtuin的下游底物。Sirtuin蛋白通过调节同源重组修复、非同源末端修复、核苷酸切除修复等途径中的核心蛋白质参与修复包括双链断裂（double stranded breakes, DSBs）在内的多种DNA损伤类型,从而在维持基因组稳定性、寿命以及细胞能量代谢调节等一系列生物学作用中发挥至关重要的作用。本综述将介绍近年来Sirtuin与DNA损伤修复的研究进展。