结构生物化学/DNA修复/错配修复
错配修复是哺乳动物中 DNA 修复整体过程中的重要机制。错配修复 (MMR) 通过去除双链 DNA 中不正确的碱基配对并将其替换为正确的碱基配对来发挥作用。然而，MMR 还有其他已知功能，包括在不同的体内条件下发生诱变。
DNA 复制中的错误给 DNA 的完整性和个体都带来了许多问题。MMR 是修复这些错误的一种方法，因为已知 MMR 缺陷会导致动物模型中出现癌性肿瘤。
基本的 MMR 系统依赖于蛋白质 MutSα、MutLα、EXO1、RFC、PCNA、RPA、聚合酶-δ 和 DNA 连接酶 I。MMR 有三个基本步骤，称为授权、降解和重新合成。
在授权中，MutSα 结合 DNA 链中的错配错误，这会导致 MutSα 的构象发生改变，变为滑动钳。这种变化取决于 ADP 与 ATP 的交换。MutLα 被募集形成与 MutSα 的三元复合物，然后沿着 DNA 链扩散，直到到达 PCNA。
PCNA，或增殖细胞核抗原，是一种可以发生构象改变以围绕 DNA 形成环的蛋白质。为了附着在 DNA 上，它依赖于 RFC 的功能，或复制因子 C。这种蛋白质利用 ATP 水解将 PCNA 附着在 DNA 上。这种附着只有在 DNA 中存在“缺口”或脱嘧啶碱基 (AP) 位点时才有效。然后，PCNA 可以附着在缺口的 3' 端。虽然 RFC 可以不带缺口地添加 PCNA，但效率极低。
一旦到达 PCNA，MutLα 的隐蔽核酸内切酶被激活，并在错配错误同侧链上的两侧引起额外的缺口。这只有在 PCNA 结合在错配的 3' 侧时才必要。缺口只在与错配相同的链上产生，因为 PCNA 不是对称的，并且具有不同的侧面。因此，MutLα 只能与 PCNA 在特定面上相互作用，并且该复合物将具有特定的方向，即使在沿着 DNA 滑动时也是如此。MutLα 在其异二聚体亚基 PMS2 中具有核酸内切酶活性，并且这只会切割与 PCNA 结合相同的链。
缺口靠近错配 (对 DNA 修复至关重要) 的原因是，产生缺口的复合物 MutSα/MutLα 在错配位点周围的浓度最高，与 PCNA 碰撞频率更高有关。这在复制中尤为重要，在复制完成后，PCNA 分子会在 DNA 上附着较长时间。由于 RFC，它们被加载在引导链的冈崎片段的 3' 末端。它们以特定的方向附着，这使得 MutSα/MutLα 可以切割新生的 DNA 链，即使冈崎片段周围的间隙长期以来一直被连接。因此，由于这种缺口生成，MMR 系统具有正确的方向性。
在降解中，EXO1 被加载到由 PCNA 激活的 MutSα/MutLα 复合物产生的缺口处。这会创建一个从缺口开始并在错配后约 150 个碱基处结束的大间隙。这个间隙是单链的，并且在与错配相同的侧。EXO1 是一种外切核酸酶，只能从 5' 到 3' 方向切割。
重新合成涉及 PCNA、聚合酶-δ 和 DNA 连接酶 I，以替换被去除的碱基，并最终修复错配错误。
尽管在人类中尚未得到证实，但 EXO1 缺陷的小鼠显示出的突变少于 MSH2 和 MLH1 缺陷的小鼠，这表明存在一种不需要 EXO1 的错配修复机制。实际上，可以通过使用聚合酶-δ 和 MutSα、RPA、RFC 和 PCNA，在存在 5' 缺口的情况下发生 5' 缺口 MMR 机制。当错配错误存在 5' 缺口时，聚合酶-δ 可以催化链置换，而 FEN1 可以催化含有错配的链的去除。然后，DNA 连接酶 I 会封闭形成的缺口。
插入/删除环 (IDL) 和三核苷酸重复序列 (TNR) 在防错和错误传播方面都与 MMR 大量交互作用。
IDL 是由于聚合酶在 TNR 上的活性而产生的。三核苷酸重复序列是单个三联体核苷酸的大量重复。此类重复序列与脆性 X 综合征等疾病有关。当聚合酶读取这些重复序列时，它的速度会减慢。然而，解旋酶没有减慢，并且由于速度相对较快，因此会出现很长的单链 DNA 序列。因此，这些链可以堆积起来并形成 IDL。这会导致聚合酶产生比平时更短的 DNA 链。
当发生这种情况时，MMR 可以发挥作用来修复它。如果环的长度小于 2 到 3 个额外的核苷酸，则规范 MMR 可以修复它。但是，如果环更长，则存在 MutSβ 介导的方式来修复环。但是，这是通过某种其他 MMR 机制发生的，因为在正常过程中，PCNA 无法扩散到大型环的旁边。因此，一定存在一些非 EXO1 介导的 MMR。
在某些情况下，MMR 可能会被“劫持”以导致 TNR 扩展。如果存在十字形环结构，其中两条链上的环在相同的相对位置，则由 RFC 附着在其中一个环上的 PCNA 激活 MutSβ 和 MutLα 的核酸内切酶活性引起的切割可能会导致其中一个环塌陷。当聚合酶替换缺失的核苷酸时，将扩展三核苷酸重复序列。较多的重复次数与由 TNR 引起的疾病 (如亨廷顿氏病) 中更严重的疾病相关，因此这是一个重要的研究领域。
抗体变异，尽管由于多种原因，但在很大程度上取决于 MMR 的作用。在 VDJ 重组之后，一个涉及免疫球蛋白基因的可变区、多样性区和连接区的重组过程，可以产生各种 IgM 抗体。但是，还有其他机制可以增加抗体变异性。
体细胞超变异 (SHM) 是抗体可变区发生大量突变的过程。它通过激活诱导的胞嘧啶脱氨酶 (AID) 实现，AID 将 C 核苷酸转化为 U。这发生在转录过程中，因为 AID 在单链 DNA 上效果最佳。当这种情况发生时，会导致结果 DNA 出现错配错误。因此，尿嘧啶 DNA 糖基化酶会进行碱基切除修复 (BER) 并移除错误的 U 核苷酸。但是，一旦发生这种情况，就会留下一个脱嘧啶碱基位点 (AP)。这个位点可以成为 EXO1 的靶点，以便进行 MMR。
在这种情况下，EXO1 切割可能会导致大段 DNA 被切除。当聚合酶去修复它时，AP 位点和剩余的尿嘧啶核苷酸可能会导致 AID 发生作用的位点发生错误突变。这将导致抗体可变位点发生变化，最终导致不同的抗原识别。
MMR 还可以导致抗体类型发生改变，例如从 IgG 变为 IgM，同时识别相同类型的抗原。当存在两个 AP 位点并且 EXO1 导致 DNA 的一部分被切除到另一个缺口时，由于双链断裂，类别转换重组 (CSR) 可能会发生。
- Peña-Diaz, J., & Jiricny, J. (2012). Mammalian mismatch repair: error-free or error-prone? Trends in biochemical sciences, 37(5), 206–14. doi:10.1016/j.tibs.2012.03.001
- Zhao, J. et al. (2009) Mismatch repair and nucleotide excision repair proteins cooperate in the recognition of DNA interstrand crosslinks. Nucleic Acids Res. 37, 4420-4429
- Lopez Castel, A. et al (2010) Repeat instability as the basis for human diseases and as a potential target for therapy. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 11, 165-170.