XRCC1在氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的DNA損傷及其修復(fù)過程中的作用及機制

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XRCC1在氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的DNA損傷及其修復(fù)過程中的作用及機制

李煒娟肖元梅

(南昌大學(xué)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，江西南昌330006)

〔關(guān)鍵詞〕XRCC1;氧化應(yīng)激;活性氧自由基;信號通路;DNA損傷

第一作者：李煒娟(1988-)，女，碩士，主要從事氧化應(yīng)激損傷方面的研究。

氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的DNA損傷可引起神經(jīng)退行變、癌癥和阿爾茨海默等疾病〔1〕。堿基切除修復(fù)(BER)是氧化應(yīng)激引起的DNA損傷修復(fù)的主要形式，在BER和單鏈斷裂修復(fù)通路中，X線修復(fù)交叉互補基因1(XRCC1)充當(dāng)腳手架蛋白招募DNA修復(fù)蛋白參與DNA損傷位點的修復(fù)〔2〕。

1XRCC1的結(jié)構(gòu)及其生物學(xué)特點

XRCC1蛋白質(zhì)分為三個功能域：(1)N末端功能域位于第1～183氨基酸殘基之間，與DNA多聚酶β的C端區(qū)結(jié)合，通過改變其活性來完成DNA堿基切除修復(fù)；(2)中心功能域BRCT-Ⅰ區(qū)位于第315～403氨基酸殘基之間，與PARP1 N端的鋅指DNA結(jié)合區(qū)及BRCT區(qū)相互作用；(3)C端BRCT-Ⅱ區(qū)位于第538～633氨基酸殘基之間，與DNA ligⅢ相互作用，通過改變其連接活性來完成DNA堿基切除修復(fù)。

2XRCC1在DNA斷裂損傷中的作用

XRCC1是DNA單鏈斷裂修復(fù)的重要因子。將人XRCC1基因的cDNA作為探針導(dǎo)入倉鼠體內(nèi)，可使倉鼠XRCC1基因轉(zhuǎn)染過程發(fā)生改變，使其獲得修復(fù)DNA單鏈斷裂的能力，最終獲得抵抗氧化應(yīng)激損傷的能力〔3〕。Xrcc1Nes-cre小鼠神經(jīng)細胞(在小鼠神經(jīng)干細胞導(dǎo)入Cre，通過中樞神經(jīng)系統(tǒng)對Cre重組酶的特異表達誘導(dǎo)Xrcc1基因缺失)與缺乏XRCC1的CHO細胞(中國倉鼠卵巢細胞)類似，對突變劑異常敏感〔4，5〕。XRCC1除了參與DNA單鏈斷裂修復(fù)外，還與非同源末端連接(NHEJ，雙鏈斷裂修復(fù)方式，修復(fù)時將斷頭直接連接起來，不需要進行同源重組)和核苷酸切除修復(fù)(NER，通常用來修復(fù)經(jīng)受了大面積或不同尋常修飾的核苷酸)有關(guān)〔6，7〕。

3XRCC1在堿基切除修復(fù)過程中的可能機制

XRCC1與DNA多聚酶β的相互作用可能影響堿基切除修復(fù)過程中的DNA多聚酶β依賴性單核苷酸插入途徑。核磁共振晶體分析顯示XRCC1的N末端結(jié)構(gòu)域(NTD)和DNA多聚酶β的C端區(qū)域具有較強的親和力〔8〕?；瘜W(xué)位移映像研究顯示XRCC1和DNA多聚酶β在拇指和棕櫚子域接口處結(jié)合，它們像三明治結(jié)構(gòu)一樣環(huán)繞在有缺口的DNA處〔9,10〕。與之前研究不同，XRCC1只與聚合酶β的拇指區(qū)域結(jié)合形成XRCC1-NTD/Polβ復(fù)合物，此復(fù)合物使XRCC1的拓撲結(jié)構(gòu)、二硫鍵等結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變〔11〕。DNA多聚酶β以某種方式與氧化狀態(tài)下的NTD(氧化形式的XRCC1-NTD與DNA Polβ的親和力更強)結(jié)合，避免XRCC1與有缺口的DNA結(jié)合。

BER過程中，腳手架蛋白XRCC1 BRCT1中心區(qū)域與激活的PARP1 N端區(qū)域與BRCT區(qū)域結(jié)合完成損傷位點的修復(fù)。普遍認為，XRCC1參與BER過程中需要PARP1將其招募至DNA單鏈斷裂缺口處〔12〕。Caldecott〔13〕發(fā)現(xiàn)PARP1通過直接與糖基化酶相互作用后才招募XRCC1至DNA損傷處。Campalans等〔14〕研究發(fā)現(xiàn)PARP1參與堿基切除修復(fù)過程中，啟動DNA的糖基化酶和XRCC1缺一不可，XRCC1的作用更為重要。在Cos-7和Hela細胞中，XRCC1的過度表達對PARP的活性具有負調(diào)控作用。

DNA連接酶最初在大腸桿菌細胞中發(fā)現(xiàn)的，它的一個重要特點是DNA ligⅢ基因末端的鋅指結(jié)構(gòu)(與PARP1 N末端DNA結(jié)合區(qū)的鋅指結(jié)構(gòu)類似)能夠與裂縫和缺口處的DNA結(jié)合〔15，16〕。堿基切除修復(fù)過程中，XRCC1與分子量96Ku 的DNA ligⅢ作用，形成具有生物學(xué)和動力學(xué)特性的DNAligⅢ/XRCC1復(fù)合物，此復(fù)合物以非?；钴S的方式參與DNA裂隙處的縫合。Sallmyr等〔17〕研究發(fā)現(xiàn)DNAligⅢ/XRCC1復(fù)合物可能參與NHEJ(非同源性末端縫合)通路的修復(fù)。

總之，XRCC1可能與DNAPolβ、DNAligⅢ和PARP1一起形成復(fù)合物對斷裂DNA單鏈進行修復(fù)。隨著對堿基切除修復(fù)因子XRCC1作用機制研究的不斷深入，將為氧化應(yīng)激引起的DNA損傷修復(fù)研究提供新的線索，同時為臨床基因治療疾病開拓新的前景。

4參考文獻

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〔2014-11-30修回〕

(編輯李相軍)

通訊作者：肖元梅(1972-)，女，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事重金屬中毒機制與防治研究。

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(No.81160342)；江西省自然科學(xué)基金項目(20122BAB205047)；江西省教育廳科技項目(GJJ11312)

〔中圖分類號〕R114；R363.1

〔文獻標識碼〕A

〔文章編號〕1005-9202(2015)22-6618-02；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2015.22.146