結構生物化學/維持基因組完整性

在文章“轉錄與維持基因組完整性的機制之間的介面”中，詳細探討了轉錄與真核生物中與DNA相關的其他過程之間的主要介面以及與基因組完整性的相關性。英國癌症研究基金會倫敦研究中心的科學家們研究了轉錄、翻譯和RNA突變過程及其對維持基因組完整性的影響。具體來說，真核生物RNA聚合酶II的轉錄會影響染色質重塑和DNA修復等過程。基因組完整性的喪失會導致基因表達發生改變。例如，染色體區域的缺失會導致突變，進而改變根據遺傳密碼建立的蛋白質。該研究小組還發現，RNA聚合酶穿過染色質的運動直接和間接地影響了轉錄基因組區域的完整性。

轉錄障礙 影響轉錄過程中基因組完整性維持的因素包括核小體和DNA損傷。RNA聚合酶及其輔助因子試圖暫時將阻礙的核小體從DNA的轉錄區域移開。其次，DNA損傷，如雙鏈斷裂，將不允許RNA聚合酶繼續轉錄，因為體積大的DNA損傷會成為巨大的障礙。值得慶幸的是，簡單的鹼基損傷不是永久性的障礙，因為已經開發了試圖修復損傷的途徑。

修復損傷-停滯DNA損傷的途徑被稱為TC-NER，或轉錄偶聯核苷酸切除修復機制。TC-NER途徑試圖去除RNA聚合酶II首先遇到的轉錄區域中的DNA損傷區域。如果轉錄區域中還有RNA聚合酶尚未到達的損傷，則使用另一種途徑，即GG-NER，或通用基因組核苷酸切除修復機制。TC-NER依賴於稱為Cockayne綜合徵（CS）A和CSB的蛋白質，它們作為該途徑中的輔助因子發揮作用。然而，CS蛋白透過TC-NER催化去除DNA損傷的確切機制仍有待確定。

第三條途徑（除了TC-NER和GG-NER之外）用於修復損傷-停滯的途徑是RNA聚合酶II多泛素化。多泛素化過程有三種類型。RNA聚合酶II K63途徑是獨立的，不會導致RNA聚合酶降解。然而，在更直接的途徑中，RNA聚合酶II會發生單泛素化和K46多泛素化。這兩個步驟之後，聚合酶會降解。聚合酶本身的這種降解通常用作修復損傷-停滯的DNA（具有體積大的損傷）的最後手段。一旦聚合酶降解，就會嘗試透過第二次嘗試TC-NER和GG-NER去除DNA損傷，此時另一個RNA聚合酶II會遇到損傷，或者透過DNA重組去除DNA損傷。

影響基因組完整性的另一個現象發生在DNA複製過程中。在DNA複製過程中，會形成複製叉，其中有形成叉的兩側的引導鏈和滯後鏈。在叉的中心，DNA聚合酶沿著模板滑動並複製DNA。Pol ε負責引導鏈合成，而Pol δ負責滯後鏈合成。除了聚合酶之外，在這個複製叉處還存在引物酶、解旋酶和輔助酶。這些單獨的機器的碰撞顯然會造成嚴重的後果。

認識到這些碰撞可能發生在複製叉處，為轉錄相關誘變現象或TAM提供了進一步的證據。基因組中高轉錄區域往往含有較低百分比的核小體等包裝輔助劑。這會導致更開放的結構和“單鏈性”。染色質蛋白的丟失以及由此產生的DNA鏈的結構包裝損傷使DNA更容易受到損傷和基因組完整性喪失的影響。總體而言，真核生物基因的自發突變率與轉錄水平成正比。有趣的是，這意味著RNA聚合酶II的移動以及同一DNA鏈上感興趣片段的重複轉錄過程會導致更高的誘變機率。該研究小組已經確定了這種突變的一個例子。在酵母DNA中，由於高度轉錄特定鏈，在DNA複製過程中會積累dUTP而不是dTTP。這個例子得出的結論是，如果轉錄正在進行時發生碰撞，就會發生複製叉分解。

RNA誘變對基因組完整性的喪失的貢獻不如DNA誘變顯著。這是因為最終用於產生蛋白質的mRNA壽命很短，尤其是與tRNA和mrRNA相比。由於mRNA的壽命很短，因此懷疑突變蛋白是由RNA誘變引起的。

總之，在DNA的轉錄和複製過程中，由於正常過程中蛋白質和聚合酶的碰撞和損傷，可能會發生基因組完整性的喪失。細胞使用TC-NER、GG-NER和RNA PII泛素化等途徑來嘗試去除損傷。將來，更好地用於研究這些途徑的計算模型可能有助於徹底瞭解基因組不穩定性。

參考文獻 1. Svejstrup, Jesper Q. 轉錄與維持基因組完整性的機制之間的介面。英國癌症研究基金會倫敦研究中心克萊爾霍爾實驗室，布蘭奇巷，南米姆斯，EN6 3LD，英國。生物化學科學趨勢第35卷第6期

2. Mefford, H.C 和 Eichler, E.E. (2009)。重複熱點、罕見基因組疾病和常見疾病。Curr, Opin. Genet. Dev. 19, 196-204。