邓嘉祺 2013031104分子生物学

DNA切除修复途径托马斯·林达尔，彼得·卡伦和理查德·伍德碱基切除的DNA切除修复途径主要是为修复内源性DNA损伤和核苷酸切除，为了修复紫外线造成的DNA损伤，重建了用纯化的哺乳动物蛋白和这些修复机制的细节不断出现。

类似的数据变得可用关于错配修复作为校正复制错误的回应。

小鼠个体DNA修复蛋白基因的缺失提供了关于这些因素在体内和最近三维几种复酶结构中的角色的信息来解释它们作用的详细模式。

地址帝国癌症研究基金会，克莱尔馆实验室，布兰奇巷，南米姆斯，赫特福德郡EN63LD，英国当前观点遗传学与发展1997,7：158-169电子标识：0959-437X-007-00158©目前生物有限公司ISSN0959-437X缩写AAAF N-乙酰乙酰氨基芴BER 碱基切除修复CAF1 染色质组装因子1CS 科凯恩氏综合征8-oxo-G 8-羟基HNPCC 遗传性非息肉性大肠癌NER 核苷酸切除修复PCNA 增殖细胞核抗原UDG 尿嘧啶-DNA糖基UGI UDG抑制剂UV 紫外线XP 着色性干皮介绍DNA分子的完整性病变由三种因素，主要有內源和外缘DNA损伤剂和DNA复制错误。

切除修复三个主要的策略，彼此明显不同，被细胞用于纠正这样的改变。

由于生命的起源，细胞的基因组的主要威胁显然已经存在;高效的DNA修复过程，因此发展比较早，并以相同的潜能继续担任整个进化过程。

事实上，编码基因修复酶每条通路的特点被发现在几个不相关的细菌最近测序的小基因组。

哺乳动物细胞不具有DNA 修复过程，与那些存在的微生物根本不同，尽管反应在多细胞生物的广泛DNA损伤包括p53基因表达上和触发细胞凋亡。

细胞或有机体似乎没有针对损害电离辐射和环境化学诱变剂，但要纠正他们使用的这种病变，不同的成就可以造成一些特定的DNA修复机制，修复功能主要用于校正内源性DNA损伤和遭受紫外线（UV）光DNA损伤。

微生物具有诱导某些修复功能，以抵消诱变和有毒物质的影响的能力：这反映它们的存在在敌对环境的适应和这种诱导通常是不存在于哺乳动物细胞中。

此观点是三个不同的切除修复途径的现有知识的描述，在过去一年中重要的发现。

碱基切除修复D NA和胞嘧啶和5-甲基胞嘧啶残基脱氨的自发水解脱嘌呤，多个反应与羟基自由基生成的副产物的正常氧化代谢和形成，因为细胞内暴露于反应性小的代谢物和辅酶共价关于DNA复合物，生成多种需要精确和快速修复DNA的损伤。

用于校正这种DNA损伤的主要策略是碱基切除修复（BER），其中改变的DNA碱基被游离形式DNA糖基化酶切除，所得脱碱基位点是由AP核酸内切酶、DNA聚合酶校正和DNA连接酶的一致行动。

在1995年初两组[1,2]通过求解尿嘧啶DNA糖基化酶（UDG）提供了一种DNA糖基化酶的第一结构，这是需要从DNA除去脱氨基胞嘧啶残基的高分辨率结构。

所述酶具有DNA结合槽和相邻的口袋紧密配合一个从受损的DNA翻转出的脱氧尿苷残基。

现在相同的两个组已经扩展这项工作UDG的8kDa特异性蛋白抑制剂的结构，称为UGI化酶（UDG抑制剂），它是由枯草芽孢杆菌感染噬菌体PBS1宿主后立即诱导的。

PBS1在其基因组中尿嘧啶代替胸腺嘧啶，这使得它必须关掉宿主UDG功能，PBS1基因组的大量富含AU的DNA序列表示中，未校正的胞嘧啶脱氨在进化过程中已经发生与生存能力兼容最大程度。

有趣的是，UGI蛋白结合非常紧密地与酶的DNA结合槽通过一系列带有极性残基的相互作用。

因而UGI蛋白模仿DNA底物，并采用DNA结合残基与酶的相互作用[1,2]。

抑制剂完全阻止尿嘧啶的接近。

与在UDG 高度保守的残基的相互作用UGI可从许多来源解释，包括细菌，单纯疱疹，和哺乳动物细胞，但不是其它DNA糖基化酶抑制UDG的现象。

UDG的脱氧尿苷结合的结构的精确的学问已经允许构建改变的酶由特异性位点诱变。

通过这种方式; UDG衍生物已经作出将从正常的碱基中切除胞嘧啶或胸腺嘧啶，未损坏的DNA以缓慢的速度[3“]在大肠杆菌中是细胞毒性改变酶的表达;一个致突变作用被认为在表达低水平，因为据推测正常的嘧啶被连续切除。

第二个UDG已在大肠杆菌和哺乳动物细胞[ 4 ]“发现。

这种酶，表达在一个较低的水平，著名的UNG基因产物，可能作为一个内生水解去除DNA损伤的主要酶的备份。

类似的情况，两个DNA糖基化酶识别同一基板，已知的大肠杆菌3 -甲基腺嘌呤DNA糖苷酶——标签和碱性祛痘产品-一个为DNA糖基化酶切除氧化嘧啶残基对，核酸内切酶III 和核酸内切酶VII 1。

在哺乳动物细胞中，小UDG还具有可切除胸腺嘧啶残基在GT碱基的功能。

原来酶被加里纳利和Jiricny发现[ 4 ]，由于这个发现，可能有修复脱氨基5-甲基胞嘧啶残基的功能。

大肠杆菌的诱导alkA的基因产物- 和哺乳动物3-甲基腺嘌呤DNA 糖基- 共享了能够切除几种不同类型受损的DNA碱基，除了3-甲基腺嘌呤。

作为酶的良好底物的统一的功能似乎涉及在损坏的基础上的正电荷的存在。

UDG的“策略”，其中有一个贴身合适的缺口，只能容纳一个脱氧尿苷残留，但不正常或损坏的脱氧核苷残基，显然是不适用的。

两组[ 5,6 ]现在已经解决了AIK蛋白质的三维结构。

酶采用一个大的疏水裂富电子芳香族氨基酸残基，而不是缺口容纳翻转损坏残留，作用于多种病变的AIK，然而与UDG酶的周转次数相比相当低。

几种DNA糖基化酶的高分辨率结构，连同突变分析和新兴的数据在酶-底物复合物的三维结构，提供这类修复酶的详细机理的信息。

一个优秀的研究模式[ 7 ]是建立一个新型的螺旋发夹螺旋基序和[4FE-4S]簇环结构与DNA结合的结构在大肠杆菌核酸内切酶III，酶切除胸腺嘧啶乙二醇，胞嘧啶水合物，和环嘧啶DNA碎片。

初始步骤扩大这种研究真核细胞的酶参与最近的酒精酵母和裂殖酵母同源的核酸内切酶III [8,9]表达和克隆。

同样，对大肠杆菌FPG酶切除诱变DNA损伤为8-羟基鸟嘌呤的同系物（8-oxo-g）已被确认在酵母和酿酒酵母的基因已被克隆和表达[10,11]。

对应人类和小鼠cDNA的克隆是在所有实验室的进步，应该允许提高在哺乳动物系统中活性氧的诱变效应得理解。

尝试让小鼠缺乏不同种的酶，在BER是活跃导致早期胚胎致死表型的几例；在过去的一年中，这样的数据已报告AP核酸内切酶，DNA聚合酶β，和XRCC1蛋白。

这种情况说明在胚胎发育过程中的内源性基因修复的相对重要性，并提供了一种解释，显然没有特定缺陷和误码率形式的人类易发癌症疾病。

纯合子突变小鼠细胞在 3 -甲基腺嘌呤DNA糖苷酶的缺陷已经被孙氏集团所[ 12 ]”构建。

这些细胞正常生长，但就像是简单的烷化剂如对甲基敏感的大肠杆菌突变体标签和生物碱，包括专门生产3-甲基腺嘌呤DNA代理。

这种烷基化病变的细胞毒作用可能是通过在模板的小槽中的甲基基团的存在下，通过抑制核酸复制或转录所造成的。

令人惊讶的是，3 -甲基腺嘌呤DNA糖苷酶缺陷细胞对丝裂霉素C过敏。

不知道DNA修复酶是否可以抵消DNA 交联生产的抗癌药物，或是否一个有毒的丝裂霉素C的单加成物去除突变小鼠细胞缺陷。

误码率的过程通常包括一个正常的残基与脱氧核糖核酸的替换。

这个过程现在已经用纯化的重组人蛋白[ 13 ]重组了。

用这种方式，尿嘧啶鸟嘌呤碱基可以有效地纠正了胞嘧啶鸟嘌呤配对。

该反应需要UDG，AP核酸内切酶，DNA聚合酶β，和连接提供最有效的DNA连接酶III / XRCC1基因的异源二聚体的功能。

小鼠纤维细胞细胞系的构建与纯合性缺失的DNA聚合酶[ 3 [ 14 ]提供了很好的证据表明酶的功能特别是误码率。

因此，聚合酶β缺陷细胞正常生长，但简单的烷化剂和细胞提取浓缩物显示用尿嘧啶的DNA底物执行BER的受损能力。

这些缺陷可以被修复，用野生型聚合酶β小转基因稳定转染。

聚合酶β的作用是双重的：修复反应的酶催化的一个核苷酸的间隙填充DNA反应中间物，但小的氨基末端基本域的聚合酶β也是通过13消除过程°[ 15 ]切除的5’-端脱氧核糖磷酸残切脱碱基位点。

除了这种主要形式的误码率，与修复过程的后期阶段不同的第二个次要途径已经确定在哺乳动物细胞中[ 16 ]。

一个明显的反应特征是修补几个核苷酸长的发生，而不只是一个单一的核苷酸，并在复制因子PCNA依赖（图1）。

此外，反应显示对5’核酸酶脱氧和杨核酸酶IV / FEN1有绝对依赖性，有效改变碱基位点的电离辐射是不适合采用脱氧核糖聚合酶活性骨消除β修复产生的修正（一klungland，T林达尔，未发表的数据）。

PCNA反应的影响可以引起DNA缺口由高分子量的DNA聚合酶填充，如δ或ε，结合抗原，或用DNase IV /FEN1 [ 17 ]°在5’端末悬垂结构切除受损的残留。

图1基础切除修复模型，类似于建议在[ 66 ]。

该通路可能被作为分支，不同斑块的大小产生不同的DNA聚合酶进行时。

改变基渣是由DNA糖基化酶和脱碱基位点释放然后被AP核酸内切酶。

通常，DNA聚合酶~填补一个核苷酸和脱氧核糖磷酸残基游离切除。

DNA 连接酶III / XRCC1的异源二聚体进而完成反应。

XRCC1蛋白对DNA聚合酶和DNA连接酶~ 1不同的结合位点。

在另一种路径依赖复制因子的BER过程完成，DNA聚合酶添加几个与亲本DNA链置换核苷酸残基。

“过剩”是由结构特异性核酸酶的DNA酶IV / FEN1修复切除的DNA连接完成。

核苷酸切除修复真核生物NER反应机理的核心核苷酸切除修复（NER）在真核生物中可以起不同效率的作用，在各种各样的DNA加合物中，是最有效的螺旋扭曲病变。

人类的主要功能是去除由于暴露于阳光造成的紫外线诱发的DNA光化细胞。

继1995真核生物NER的纯化组分的重建，阐明了其反应机理的重要细节。

至少，NER双切口反应需要的因素XPA，XPC，RPA，TFIIH，XPG，和ercc1-xpf在哺乳动物细胞中，或在酵母同源因素[ 18,19 ]。

XPA和RPA 彼此结合，优先结合到损伤的DNA。

其中包括其亚基TFIIH XPB和XPD的DNA解旋酶[ 20 ]。

XPG和ERCC1 - XPF因素结构特异性DNA核酸酶和负责裂解在3’和5’侧分别病变，释放伤害一个核苷酸长24-32的残留（图2）。

编码的核心因素XPF基因克隆最近[ 21，22 ]°。

XPF 形成紧密的复杂与ERCC1蛋白，直接与相应的RAD1 RAD 10复合在酵母中。

无论是RAD 1-RAD 10和ERCC1 - XPF配合物具有结构特异性核酸酶活性和贴近单链和双链DNA的单链的边界时，有一个极性5至3远离边境。

这些核酸酶需要ATP和Mg2+，在模型表面不需要其他的结构特异性裂解活性蛋白因子。