????? 首先讓我們回憶一下整體的HR修復(fù)通路，如下圖1所示，雙末端DSB（double-end DSB, deDSB）可以通過(guò)SDSA或者形成dHJ完成修復(fù)（詳見(jiàn)上篇3）。對(duì)于單末端（single-end DSB, seDSB）而言，第二末端的缺失導(dǎo)致SDSA和dHJ通路皆無(wú)法走通，此時(shí)另一條重要的HR通路將會(huì)接過(guò)重任：break-induced replication即BIR。相比于教材中常見(jiàn)的SDSA和dHJ通路，BIR的存在感相對(duì)而言要弱很多，一方面因HR的通路解析較為全面，另一方面BIR功能范圍限制，HR常用于修復(fù)S/G2期的DSB以及幫助產(chǎn)生減數(shù)分裂中的交叉聯(lián)會(huì)（chiasma），而B(niǎo)IR目前已知的功能更像是針對(duì)HR功能覆蓋不到的區(qū)域打的補(bǔ)丁。

????BIR初始階段與HR類(lèi)似，包括end resection（MRN complex，EXO1,DNA2,BLM等）與同源序列搜索（RAD51），但也有觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為經(jīng)典的end resection pathway會(huì)抑制BIR（Marrero et.al, 2010，Lydeard et.al, 2010）。DNA合成階段更能反映BIR區(qū)別于HR的特點(diǎn)。相比于HR中通常少于100bp長(zhǎng)的DNA合成，BIR的DNA合成則長(zhǎng)的多（哺乳動(dòng)物細(xì)胞中長(zhǎng)至數(shù)kb，酵母中甚至可以達(dá)到大半條染色體的幾百kb級(jí)別）。相應(yīng)的，BIR復(fù)制叉組成也不同，主要表現(xiàn)為DNA聚合酶δ（POLD）和解旋酶PIF1的協(xié)同。超長(zhǎng)的DNA合成帶來(lái)了兩個(gè)問(wèn)題，其一是單鏈DNA（single strand DNA，ssDNA）在復(fù)制叉后的積累，其二是復(fù)制叉的穩(wěn)定性。不同于普通DNA復(fù)制過(guò)程中的半保留（semi-conservative）復(fù)制，BIR的DNA復(fù)制是保留的（conservative），而且主導(dǎo)鏈（leading strand）和滯后鏈（lagging strand）的合成不是同步的。這種lagging strand的滯后性會(huì)導(dǎo)致新合成的leading strand處在ssDNA狀態(tài)，而ssDNA的不穩(wěn)定性又會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致突變，關(guān)于這點(diǎn)很好的例子便是BIR伴生的一種由DNA脫氨酶APOBEC3A(DNA deaminase A3A)產(chǎn)生突變集群：kataegis。A3A作用于ssDNA上的C，脫氨后變?yōu)閁，經(jīng)由錯(cuò)配修復(fù)（mismatch repair, MMR）或者DNA復(fù)制就會(huì)導(dǎo)致C位上的點(diǎn)突變。這種在小范圍區(qū)域內(nèi)集中出的點(diǎn)突變?nèi)杭词莐ataegis，它最早在某些癌癥患者的基因組中被鑒定出來(lái)（Nik-Zainal et al. 2012），似乎反映了細(xì)胞癌變的某些過(guò)程（圖2）。Sakofsky et al. 2014和Elango et al. 2019等人就報(bào)道過(guò)酵母中BIR中間產(chǎn)物能夠成為A3A的底物，進(jìn)而產(chǎn)生kataegis，但在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中尚無(wú)相關(guān)證據(jù)。

BIR復(fù)制叉在行進(jìn)過(guò)程中并不穩(wěn)定，這也導(dǎo)致了BIR的另一個(gè)獨(dú)特現(xiàn)象：模板轉(zhuǎn)換（template switch，TS）， 即復(fù)制叉解體后在其他位點(diǎn)重新組裝。經(jīng)過(guò)多輪的DNA合成和TS，BIR的最終修復(fù)產(chǎn)物很可能混合著多個(gè)來(lái)自不同位點(diǎn)的序列，即重排（rearrangement）突變（Costantino et al. 2013），這樣大片段的結(jié)構(gòu)性突變往往會(huì)造成嚴(yán)重的后果。解旋酶PIF1被報(bào)道過(guò)能夠增強(qiáng)BIR復(fù)制叉的進(jìn)程性（processivity），其功能缺失會(huì)導(dǎo)致BIR向突變性更強(qiáng)的microhomology-mediated BIR（MMBIR）轉(zhuǎn)換，進(jìn)而產(chǎn)生更多的重排突變（Sakofsky et al. 2015）。是什么導(dǎo)致了BIR復(fù)制叉的TS特性尚不明晰，具體的復(fù)制叉重組裝機(jī)制也有待進(jìn)一步研究，目前我們只是對(duì)TS的結(jié)果現(xiàn)象進(jìn)行記錄分析。

????? 綜上所述，BIR雖然也是利用了同源序列進(jìn)行修復(fù)的通路，但其較高的突變概率也注定了它不同于HR而被冷落的命運(yùn)，只有在某些特定條件下才會(huì)被使用。哺乳動(dòng)物細(xì)胞中較為常見(jiàn)的（偽？）BIR包括重啟崩潰復(fù)制叉（collapsed fork restart），脆弱位點(diǎn)（common fragile site， CFS）的后S期復(fù)制（mitotic DNA synthesis，MiDAS）以及獨(dú)特的端粒替代延長(zhǎng)（alternative lengthening of telomere，ALT）。鑒于篇幅限制，關(guān)于這些情況下的BIR應(yīng)用以及細(xì)胞精巧的調(diào)控機(jī)制，我們就下期再見(jiàn)吧~

(原諒我亂七八糟的封面0.0)