DNA修复
DNA修复是细胞识别和纠正DNA损伤的一系列机制，对维持基因组稳定性、防止突变和疾病（如癌症、衰老）至关重要。以下是关于DNA修复的全面解析：
1. DNA损伤的来源
内源性因素：
复制错误（DNA聚合酶错误率约10⁻⁵，经修复后降至10⁻⁹）。
活性氧（ROS）氧化碱基（如8-oxoG）。
水解反应（如胞嘧啶脱氨生成尿嘧啶）。
外源性因素：
紫外线（UV）导致嘧啶二聚体（如TT二聚体）。
电离辐射（如X射线引起双链断裂）。
化学诱变剂（如烷化剂使鸟嘌呤甲基化）。
2. 主要修复途径及其机制
（1）直接逆转修复（Direct Reversal）
特点：无需模板，直接修复损伤。
光复活修复（光解酶）：分解UV诱导的嘧啶二聚体（存在于细菌、植物，哺乳动物缺失）。
O⁶-甲基鸟嘌呤修复（MGMT蛋白）：转移甲基到自身半胱氨酸，自杀性失活。
（2）碱基切除修复（BER, Base Excision Repair）
靶点：单碱基损伤（如氧化、烷基化）。
步骤：
糖基化酶（如UNG）切除受损碱基，生成AP位点。
AP内切酶（APE1）切割磷酸二酯键。
DNA聚合酶β（哺乳动物）填补缺口，XRCC1/Ligase III连接。
（3）核苷酸切除修复（NER, Nucleotide Excision Repair）
靶点：大片段损伤（如嘧啶二聚体、化学加合物）。
亚通路：
全局基因组NER（GG-NER）：依赖XPC-RAD23B识别损伤。
转录偶联NER（TC-NER）：停滞的RNA聚合酶招募CSA/CSB蛋白。
步骤：
解旋酶（XPB/XPD）打开DNA。
内切酶（XPF-ERCC1、XPG）切除损伤单链（24-32 nt）。
DNA聚合酶δ/ε合成，Ligase I连接。
（4）错配修复（MMR, Mismatch Repair）
靶点：复制错误（如GT错配、插入/缺失环）。
关键蛋白：
原核生物：MutS识别错配，MutL招募MutH切割新链（dam甲基化标记母链）。
真核生物：MSH2/6（MutS同源物）、MLH1/PMS2（MutL同源物），Exonuclease 1切除错误链。
结果：修复后错误率降低100-1000倍。
（5）同源重组修复（HR, Homologous Recombination）
靶点：DNA双链断裂（DSB）、复制叉崩溃。
条件：需同源模板（姐妹染色单体、同源染色体）。
核心步骤：
MRN复合物（MRE11-RAD50-NBS1）剪切断端，生成3'单链（ssDNA）。
RAD51包裹ssDNA形成核蛋白纤维，搜索同源序列。
D-loop形成，DNA聚合酶延伸，Holliday连接体拆分（由BLM、GEN1等完成）。
（6）非同源末端连接（NHEJ, Non-Homologous End Joining）
靶点：DSB（尤其G0/G1期）。
特点：快速但易出错（可能丢失碱基）。
关键蛋白：
KU70/KU80环抱DNA断端。
DNA-PKcs激活，XRCC4-Ligase IV连接。
Artemis处理末端（如发卡结构）。
（7）跨损伤合成（TLS, Translesion Synthesis）
特点：易错修复，由特殊DNA聚合酶（如Pol η、Pol κ）跨过损伤位点临时合成。
调控：PCNA泛素化招募TLS聚合酶。
3. DNA修复与疾病
癌症：
修复缺陷导致突变积累：BRCA1/2突变（HR缺陷）致乳腺癌/卵巢癌；MMR缺陷（如MLH1缺失）引发林奇综合征。
治疗靶点：PARP抑制剂（如奥拉帕尼）合成致死BRCA突变肿瘤。
神经退行性疾病：
XRCC1突变与共济失调，ERCC6缺陷致科凯恩综合征（早衰）。
免疫缺陷：
NHEJ缺陷（如DNA-PKcs突变）导致SCID（严重联合免疫缺陷）。
4. 研究方法与技术
检测损伤：
彗星电泳（单细胞DNA断裂）。
γ-H2AX免疫荧光（DSB标志）。
功能分析：
报告基因（如GFP标记的HR/NHEJ系统）。
CRISPR筛选修复相关基因。
5. 应用与前沿
癌症治疗：
放疗/化疗：诱导DSB，依赖NHEJ/HR缺陷增强杀伤。
免疫治疗：高突变负荷肿瘤（如MMR缺陷）对PD-1抑制剂敏感。
基因编辑：
CRISPR-Cas9依赖NHEJ/HR进行基因敲除或敲入。
抗衰老：NAD⁺增强剂（如NMN）激活PARP1修复能力。
总结
DNA修复系统是细胞基因组的“守护者”，其精密调控平衡了突变与稳定性。理解修复机制不仅揭示疾病根源，也为精准医疗（如PARP抑制剂、免疫疗法）提供新策略。未来研究可能聚焦于修复途径的时空动态调控及人工干预手段的开发。
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