同源重组介导的双链断裂修复（2）

当Rad51重组酶纤丝组装完成后，便需要在供体链上寻找同源区域了。事实上此时Rad51纤丝已经侵入了供体链并形成了及其不稳定的DNA三链结构（DNA loop， D-Lopp），或者更准确一点说是Rad51单链纤丝:dsDNA三链结构。然后纤丝会不断的在供体链上移动，然后根据纤丝中的ssDNA与供体链的碱基互补配对情况来确定是否找到了同源区段：如果配对程度高，那么碱基之间的氢键作用力较为强，便会延长上述三链结构存在的时间。这个过程之中尚有诸多问题还未解决，最基本的像纤丝在供体链上移动时需要检验同两条DNA链的配对情况么？如果不用，那么它是如何保证它所检验的那条链恰好包含与他互补的序列？如果需要，那它是会同时进行两条链的检验么，还是说一条一条的进行？还有，Rad51纤丝形成会将ssDNA拉伸，并且形成三个碱基一组的小结构，这种小结构有什么功能？是否有助于纤丝在供体链上扫描式的搜寻工作？以及Rad51纤丝移动的动力从何而来？虽然Rad51蛋白具有ATP水解酶（水解ATP为ADP并释放大量能量）的功能，但是Rad51本身具有动力功能么？亦或是依赖于动力蛋白的拉动？考虑到Rad51纤丝的稳定性本就依赖于ATP（高ATP结合则稳定，高ADP结合则不稳定），这又对这个过程有什么意义呢？就笔者所了解到的情况，我所能提出的模型假说如下。Rad51纤丝在高ATP结合时能够稳定的在供体链上移动， Rad51的ATP水解酶活性能够将纤丝本身结合的ATP不断水解为动力蛋白提供能量，然后动力蛋白的牵引下不断地前进，这是纤丝移动的动力。纤丝的ssDNA能够不断与供体链之间以三个碱基为单位进行互补配对的检验，但是每次只能前进一个碱基以保证扫描的完整性。每次当有较多组三碱基表现出高配对程度时，前进的阻力变大，速度变慢，从而为其他更多的三碱基单元提供更多的时间进行互补配对。直到配对碱基产生的阻力大于动力使得纤丝渐渐停止移动时，其上带有的ATP消耗速度大于补充速度，从而导致纤丝在高ADP结合的情况下变得不稳定，最终解体完成整个同源搜寻工作。

当ssDNA终于结合到同源区段上时，就形成了如图所示的三链DNA接头结构。然后DNA聚合酶便会同其他组分一起开始接头处的DNA合成工作，如Rad54和PCNA等。我们知道在正常的细胞周期当中，DNA复制是一项极为重要的工作。在lagging strand上，每合成一小段DNA就需要DNA聚合酶重新结合，还需要primase先用DNA做模板合成一小段RNA作为引物来起始DNA合成。在DNA修复过程中的DNA合成与正常的DNA复制是不相同的，甚至使用不同种的DNA聚合酶。新的三链DNA接头结构中的入侵链DNA形成的接头可以作为引物来起始DNA合成。

DNA合成会一直持续下去么？答案是否定的。一方面细胞仅需要将入侵链DNA合成至与另一DSB末端产生重合即可，多余的长度最后还是会被切割，合成过长的入侵链既费时又耗费能量。另一方面拓扑压力也阻止了DNA的无限制延伸。正常的DNA复制过程中，为了保证是ssDNA结合到DNA聚合酶上，复制叉前方会有解旋酶的存在，它不断地将DNA双螺旋解开成为两条单链。但是这样会产生一个问题，即解旋酶前方DNA会因为正超螺旋的不断积累而无法继续被解旋酶解开。正常情况下，细胞中有一种拓扑异构酶能够将前方的双链DNA切断，从而释放掉积累的正超螺旋。在DNA修复有关的DNA合成中，细胞还可以通过将新和成的DNA链从5’端不断从供体链上剥离的手段来缓解拓扑压力，因为解开入侵链和供体链的螺旋结构能够将解旋酶前方的超螺旋自然地释放到已完成模板任务的区域。也就是说，如图所示的三链接头区的ssDNA泡能够随着复制机器的移动而不断前进。

当入侵链的延伸合成完成后，细胞会进入下一阶段的选择，及通过SDSA（synthesis-dependent strand annealling）修补缺口还是HR修补缺口，这也会造成最终修复完成后的crossover和non crossover结果。具体的过程，我们下期再见！