NHEJ途径修复DSB的研究进展

NHEJ途径修复DSB的研究进展

孟荣荣 应明真 王雅杰 【期刊名称】医学研究杂志 【年(卷),期】2013(042)001 【总页数】4

一个活细胞的基因组时常受到来自内源性和外源性因素的损伤，包括活性氧和电离辐射损伤的风险。为维护基因组的完整性和预防癌症的发生，迅速和适当的修复受损DNA是必不可少的。DNA双链断裂(DSB)是最有害的DNA损伤类型，并且是由一些化疗药物、电离辐射、紫外线辐射、微束激光、重离子辐照诱导［1］。未受到保护的DSB周围遗传信息常导致细胞内核溶解活性缺失的风险，而DSB立即早期的反应对于准确的DSB修复和基因组维护是至关重要的。因此，为了及时和准确的维修，细胞必须迅速回应DNA双链断裂。NHEJ主要是在哺乳动物细胞中的DNA双链断裂的修复过程。故本综述以下主要介绍NHEJ途径及其核心因素的研究进展。

一、哺乳动物中DSB修复途径的选择

在哺乳动物中，DSB可以通过两种机制修复:同源重组(HR)和非同源末端连接(NHEJ)［2］。HR 利用姐妹染色单体固定模板，因此只限于发生在细胞周期晚S和G2期。另一方面，NHEJ能直接重新连接两个断裂的DNA末端，从而不需要为DSB修复的同源序列。在当前的DSB修复研究的主要问题之一是细胞周期对于HR和NHEJ途径的依赖性选择的分子机制［3］。NHEJ的活跃贯穿整个细胞周期，而在S后期和G2期HR和NHEJ可共修复DSB。HR在所有生物体从细菌到人类是一个保守机制，并且在维护基因组稳定性中起着至关重

要的作用［4］。HR通过利用一个完整的姐妹染色单体作为修复模板为DSB提供了高度精确的修复，因此，主要限于在哺乳动物中S后期和G2期。NHEJ任意正常细胞周期起作用，在哺乳动物中是DSB修复的主要途径。

二、NHEJ途径的研究进展

NHEJ途径是指DSB在一些修复元件的参与下直接连接的修复过程。参与NHEJ的主要分子有DNA－PK(一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，由催化业基DNA－PKcs和两个辅助因子Ku70和Ku80组成的全酶)、DNA连接酶Ⅳ、X射线修复交叉互补蛋白4(XRCC4)等多个分子［5］。在真核生物中，编码段的连接依赖NHEJ，其包括多个生化事件［6］。

NHEJ的第1步涉及的异源二聚体的Ku蛋白结合于双链DNA的末端。DNA结合Ku蛋白招募DNA依赖蛋白激酶催化亚基(DNA －PKcs)，并激活其激酶活性。在体内DNA－PK底物的活性仍有待确定。有证据表明，DNA －PKcs发生自身磷酸化，调节其与DNA结合，发挥连接断裂DNA双链的功能。DNA结合Ku'蛋白也可以募集DNA连接酶Ⅳ和XRCC4的，这与它紧密关联。DNA连接酶Ⅳ/XRCC4复合体存在于内源性前腺嘌呤核苷酸。募集的DNA连接酶Ⅳ/XRCC4形成一个严密的复合体，导致Ku蛋白向内移位，使AMP连接酶腺苷酸复杂的基团以瞬时连接到DNA末端。有效地催化两个适合的DNA末端重新连接，而对于不相容和不匹配的DNA末端有相当较小程度的连接［7］。在连接不相容和不匹配的DNA末端时，XLF对XRCC4/LigIV复合体有刺激性活化作用。在DNA依赖方式XLF与Ku相互作用，似乎可以去测知DSBS并且连接DNA［8］。除了传统的NHEJ，最近的研究表明，细胞内存在一个微型的同源性依赖的另一种NHEJ。这种类型的加盟与广泛的缺失有关，因为它采

用小的同源性区域。虽然确切的机制尚不清楚，它已被证明另一种不依赖Ku70/Ku80异源二聚体和连接酶Ⅳ的NHEJ途径［9］。

以前认为NHEJ中从一个事件到下一个事件的进展是被具有特殊生物功能的核心因素有序募集反应所实现的，即如上所简述过程。然而，成像分析表明，NHEJ中的核心因素开始积累在平行双链断裂，同时在DSB处形成一个复合物。这表明，NHEJ是在DSB处通过存在的所有核心因素预先组装成的功能结构进行的。因此，新的模式提出了当所有的核心因素在DSB的预装配时，NHEJ是驱动如何从一个事件到下一个事件的问题。此外，有人建议，PARP－1可能与Ku70/DNA LigⅣ复杂的相互作用，以阻断其活性，在 DNA 损伤［10］。

三、参与NHEJ修复的核心因素

1.Ku蛋白:Ku蛋白是Ku70和Ku80异源二聚体，并形成一个环形结构，是识别DSB扮演着至关重要的的作用。在人类细胞中，Ku是最丰富的非组蛋白核蛋白之一，对于DNA某端具有极高的亲和力。由于这些特性，在活细胞中，Ku可快速绑定到新生成的DNA双链断裂，在NHEJ途径中作为DSB传感器。Mariet等［11］报道在激光诱导DSB中FRAP测量蛋白质动力学，Ku分子位于链断裂的半衰期约2min。他们观察到GFP－Ku80开始在几秒钟内积累在激光诱导损伤的部位，然后约3min达到最高水平。在最大的积累后，损坏部位的大量GFP－Ku80逐渐降低，约20%的累计蛋白质在2h时保持在受损部位，这似乎反映了正在进行DSB修复的时间进程，当然不仅在异染色质中可观察到GFP－Ku80的积累，在有丝分裂细胞中的染色体也可见其高度浓缩［12］。此修复率比其他NHEJ蛋白的慢，可能是因为Ku蛋白环形结构紧密结合在DNA末端。Ku募集反应不需要其他的NHEJ因素，因为在缺乏DNA－PKcs和