结构生物化学/维持基因组完整性

在文章“转录与维持基因组完整性的机制之间的接口”中，详细探讨了转录与真核生物中与DNA相关的其他过程之间的主要接口以及与基因组完整性的相关性。英国癌症研究基金会伦敦研究中心的科学家们研究了转录、翻译和RNA突变过程及其对维持基因组完整性的影响。具体来说，真核生物RNA聚合酶II的转录会影响染色质重塑和DNA修复等过程。基因组完整性的丧失会导致基因表达发生改变。例如，染色体区域的缺失会导致突变，进而改变根据遗传密码创建的蛋白质。该研究小组还发现，RNA聚合酶穿过染色质的运动直接和间接地影响了转录基因组区域的完整性。

转录障碍 影响转录过程中基因组完整性维持的因素包括核小体和DNA损伤。RNA聚合酶及其辅助因子试图暂时将阻碍的核小体从DNA的转录区域移开。其次，DNA损伤，如双链断裂，将不允许RNA聚合酶继续转录，因为体积大的DNA损伤会成为巨大的障碍。值得庆幸的是，简单的碱基损伤不是永久性的障碍，因为已经开发了试图修复损伤的途径。

修复损伤-停滞DNA损伤的途径被称为TC-NER，或转录偶联核苷酸切除修复机制。TC-NER途径试图去除RNA聚合酶II首先遇到的转录区域中的DNA损伤区域。如果转录区域中还有RNA聚合酶尚未到达的损伤，则使用另一种途径，即GG-NER，或通用基因组核苷酸切除修复机制。TC-NER依赖于称为Cockayne综合征（CS）A和CSB的蛋白质，它们作为该途径中的辅助因子发挥作用。然而，CS蛋白通过TC-NER催化去除DNA损伤的确切机制仍有待确定。

第三条途径（除了TC-NER和GG-NER之外）用于修复损伤-停滞的途径是RNA聚合酶II多泛素化。多泛素化过程有三种类型。RNA聚合酶II K63途径是独立的，不会导致RNA聚合酶降解。然而，在更直接的途径中，RNA聚合酶II会发生单泛素化和K46多泛素化。这两个步骤之后，聚合酶会降解。聚合酶本身的这种降解通常用作修复损伤-停滞的DNA（具有体积大的损伤）的最后手段。一旦聚合酶降解，就会尝试通过第二次尝试TC-NER和GG-NER去除DNA损伤，此时另一个RNA聚合酶II会遇到损伤，或者通过DNA重组去除DNA损伤。

影响基因组完整性的另一个现象发生在DNA复制过程中。在DNA复制过程中，会形成复制叉，其中有形成叉的两侧的引导链和滞后链。在叉的中心，DNA聚合酶沿着模板滑动并复制DNA。Pol ε负责引导链合成，而Pol δ负责滞后链合成。除了聚合酶之外，在这个复制叉处还存在引物酶、解旋酶和辅助酶。这些单独的机器的碰撞显然会造成严重的后果。

认识到这些碰撞可能发生在复制叉处，为转录相关诱变现象或TAM提供了进一步的证据。基因组中高转录区域往往含有较低百分比的核小体等包装辅助剂。这会导致更开放的结构和“单链性”。染色质蛋白的丢失以及由此产生的DNA链的结构包装损伤使DNA更容易受到损伤和基因组完整性丧失的影响。总体而言，真核生物基因的自发突变率与转录水平成正比。有趣的是，这意味着RNA聚合酶II的移动以及同一DNA链上感兴趣片段的重复转录过程会导致更高的诱变概率。该研究小组已经确定了这种突变的一个例子。在酵母DNA中，由于高度转录特定链，在DNA复制过程中会积累dUTP而不是dTTP。这个例子得出的结论是，如果转录正在进行时发生碰撞，就会发生复制叉分解。

RNA诱变对基因组完整性的丧失的贡献不如DNA诱变显著。这是因为最终用于产生蛋白质的mRNA寿命很短，尤其是与tRNA和mrRNA相比。由于mRNA的寿命很短，因此怀疑突变蛋白是由RNA诱变引起的。

总之，在DNA的转录和复制过程中，由于正常过程中蛋白质和聚合酶的碰撞和损伤，可能会发生基因组完整性的丧失。细胞使用TC-NER、GG-NER和RNA PII泛素化等途径来尝试去除损伤。将来，更好地用于研究这些途径的计算模型可能有助于彻底了解基因组不稳定性。

参考文献 1. Svejstrup, Jesper Q. 转录与维持基因组完整性的机制之间的接口。英国癌症研究基金会伦敦研究中心克莱尔霍尔实验室，布兰奇巷，南米姆斯，EN6 3LD，英国。生物化学科学趋势第35卷第6期

2. Mefford, H.C 和 Eichler, E.E. (2009)。重复热点、罕见基因组疾病和常见疾病。Curr, Opin. Genet. Dev. 19, 196-204。