如何修復(fù)受損的DNA
什么是DNA損傷
DNA損傷是DNA化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變，包括DNA骨架缺失的堿基，化學(xué)改變的堿基或雙鏈斷裂。環(huán)境原因（外源性因素）和細(xì)胞來源（如內(nèi)部代謝過程（內(nèi)源性因素））都會(huì)對DNA造成損害。斷裂的DNA如圖1所示。
圖1：斷裂的DNA
原因：
外源性因素
外源性因素可以是物理誘變劑或化學(xué)誘變劑。物理誘變劑主要是產(chǎn)生自由基的紫外線輻射。自由基會(huì)導(dǎo)致單鏈和雙鏈斷裂?；瘜W(xué)誘變劑如烷基和氮芥子化合物與DNA堿基共價(jià)結(jié)合。
內(nèi)源性因素
細(xì)胞的生化反應(yīng)也可能部分或完全消化DNA中的堿基。下面描述了一些改變DNA化學(xué)結(jié)構(gòu)的生化反應(yīng)。
脫嘌呤 – 脫嘌呤是 DNA 鏈中嘌呤堿基的自發(fā)分解。
去嘧啶 – 去嘧啶是從DNA鏈中自發(fā)分解嘧啶堿基。
脫氨 – 脫氨是指腺嘌呤、鳥嘌呤和胞嘧啶堿基中胺基的損失。
DNA 甲基化 – DNA 甲基化是將烷基添加到 CpG 位點(diǎn)的胞嘧啶堿基中。（胞嘧啶之后是鳥嘌呤）。
如何修復(fù)受損的DNA
各種類型的細(xì)胞機(jī)制參與DNA損傷的修復(fù)。DNA損傷修復(fù)機(jī)制發(fā)生在三個(gè)層次上;直接反轉(zhuǎn)，單鏈損傷修復(fù)，雙鏈損傷修復(fù)。
直接反轉(zhuǎn)
在DNA損傷的直接逆轉(zhuǎn)過程中，堿基對的大部分變化被化學(xué)逆轉(zhuǎn)。
光再活化 – 紫外線導(dǎo)致相鄰嘧啶堿基之間形成嘧啶二聚體。光再活化是通過光解酶的作用直接逆轉(zhuǎn)嘧啶二聚體。嘧啶二聚體如圖2所示。
MGMT – 烷基通過甲基鳥嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶（MGMT）從堿基中去除。
圖2：嘧啶二聚體
單鏈損傷修復(fù)
單鏈損傷修復(fù)涉及DNA雙鏈中一條DNA鏈損傷的修復(fù)。堿基切除修復(fù)和核苷酸切除修復(fù)是單鏈損傷修復(fù)所涉及的兩種機(jī)制。
堿基切除修復(fù) （BER） – 在堿基切除修復(fù)中，單個(gè)核苷酸變化通過糖基化酶從 DNA 鏈上裂解，DNA 聚合酶重新合成正確的堿基?；浊谐迯?fù)如圖3所示。
核苷酸切除修復(fù) （NER） – 核苷酸切除修復(fù)參與修復(fù) DNA 扭曲，例如嘧啶二聚體。通過核酸內(nèi)切酶從損傷部位去除12-24個(gè)堿基，DNA聚合酶重新合成正確的核苷酸。
雙鏈損傷修復(fù)
雙鏈損傷可能導(dǎo)致染色體重排。非同源末端連接（NHEJ）和同源重組是雙鏈損傷修復(fù)中涉及的兩種機(jī)制。雙鏈損傷修復(fù)機(jī)制如圖 4 所示。
非同源末端連接（NHEJ） – DNA連接酶IV和稱為XRCC4的輔因子保持?jǐn)嗔焰湹膬啥瞬⒅匦逻B接末端。NHEJ依靠小的同源序列來檢測重新連接期間的兼容末端。
同源重組 （HR） – 同源重組使用相同或幾乎相同的區(qū)域作為修復(fù)模板。因此，在這種修復(fù)過程中使用同源染色體中的序列。
圖4：NHEJ和HR
結(jié)論
外源性和內(nèi)源性因素都會(huì)導(dǎo)致DNA損傷，這些損傷很容易被細(xì)胞機(jī)制修復(fù)。三種類型的細(xì)胞機(jī)制參與DNA損傷修復(fù)。它們是基底的直接反轉(zhuǎn)、單鏈損傷修復(fù)和雙鏈損傷修復(fù)。
