DNA修复蛋白酶

DNA修复蛋白酶概述

1.1 定义与分类

DNA修复蛋白酶是指在DNA损伤修复过程中发挥重要作用的一类酶。它们通过识别、切除和修复受损的DNA片段，确保基因组的稳定性和完整性。根据其作用机制和修复路径，DNA修复蛋白酶可以分为以下几类：

碱基切除修复酶（Base Excision Repair, BER）：主要包括DNA糖基化酶（如Fpg、MutY、AlkA、UDG等）和脱嘌呤嘧啶内切酶（Apurinic/apyrimidinic endonuclease, APE）。这些酶识别并切除损伤部位的碱基，随后引发单链断裂，最终通过DNA聚合酶和连接酶修复。
核苷酸切除修复酶（Nucleotide Excision Repair, NER）：包括XPA、XPC、ERCC1等蛋白，这些酶识别较大范围的DNA损伤，如紫外线引起的胸腺嘧啶二聚体，通过切除损伤片段并合成新链来完成修复。
同源重组修复酶（Homologous Recombination Repair, HRR）：如RAD51、BRCA1、BRCA2等蛋白，这些酶在DNA双链断裂修复中发挥关键作用，通过与同源染色体的重组修复断裂。
非同源末端连接修复酶（Non-Homologous End Joining, NHEJ）：如KU70、KU80、DNA-PKcs等蛋白，这些酶直接连接断裂的DNA末端，不依赖同源序列进行修复。
SOS修复酶（SOS Repair）：如RecA、LexA等蛋白，在细菌中通过诱导SOS反应来修复严重的DNA损伤。

1.2 重要性与功能

DNA修复蛋白酶在维持基因组稳定性和防止突变积累方面具有至关重要的作用。以下是几种主要的DNA修复蛋白酶及其功能：

碱基切除修复酶

碱基切除修复（BER）是修复小分子损伤（如氧化、脱氨、甲基化等）的主要途径。DNA糖基化酶识别并切除损伤的碱基，形成无碱基位点（Abasic Site），随后脱嘌呤嘧啶内切酶切除无碱基位点，引发单链断裂。DNA聚合酶β（DNA polymerase β）填补缺口，最后由DNA连接酶完成修复。

核苷酸切除修复酶

核苷酸切除修复（NER）主要修复由紫外线和化学物质引起的较大范围的DNA损伤。XPA、XPC等蛋白识别损伤部位，ERCC1-XPF复合物切除损伤片段，随后由DNA聚合酶填补缺口，DNA连接酶完成修复。NER在防止紫外线引起的皮肤癌和其他环境致癌物造成的DNA损伤中发挥重要作用。

同源重组修复酶

同源重组修复（HRR）在修复DNA双链断裂（DSB）中至关重要。RAD51、BRCA1、BRCA2等蛋白通过与同源染色体的重组修复断裂，确保高保真度的修复过程。HRR在细胞周期的S期和G2期最为活跃，因为此时同源染色体可作为修复模板。

非同源末端连接修复酶

非同源末端连接（NHEJ）是另一种修复DNA双链断裂的途径，主要在细胞周期的G1期和早期S期发挥作用。KU70、KU80、DNA-PKcs等蛋白识别并结合断裂的DNA末端，通过直接连接修复断裂。NHEJ虽然效率高，但修复过程中可能引入小的插入或缺失，导致突变。

SOS修复酶

SOS修复是一种应急修复机制，主要在细菌中发挥作用。当DNA损伤严重时，RecA蛋白激活，诱导LexA蛋白降解，释放SOS基因的表达，启动一系列DNA修复蛋白的合成。虽然SOS修复可以暂时拯救细胞，但修复过程易引入错误，导致突变增加。