如何修复受损的DNA
什么是DNA损伤
DNA损伤是DNA化学结构的改变，包括DNA骨架缺失的碱基，化学改变的碱基或双链断裂。环境原因（外源性因素）和细胞来源（如内部代谢过程（内源性因素））都会对DNA造成损害。断裂的DNA如图1所示。
图1：断裂的DNA
原因：
外源性因素
外源性因素可以是物理诱变剂或化学诱变剂。物理诱变剂主要是产生自由基的紫外线辐射。自由基会导致单链和双链断裂。化学诱变剂如烷基和氮芥子化合物与DNA碱基共价结合。
内源性因素
细胞的生化反应也可能部分或完全消化DNA中的碱基。下面描述了一些改变DNA化学结构的生化反应。
脱嘌呤 – 脱嘌呤是 DNA 链中嘌呤碱基的自发分解。
去嘧啶 – 去嘧啶是从DNA链中自发分解嘧啶碱基。
脱氨 – 脱氨是指腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶碱基中胺基的损失。
DNA 甲基化 – DNA 甲基化是将烷基添加到 CpG 位点的胞嘧啶碱基中。（胞嘧啶之后是鸟嘌呤）。
如何修复受损的DNA
各种类型的细胞机制参与DNA损伤的修复。DNA损伤修复机制发生在三个层次上;直接反转，单链损伤修复，双链损伤修复。
直接反转
在DNA损伤的直接逆转过程中，碱基对的大部分变化被化学逆转。
光再活化 – 紫外线导致相邻嘧啶碱基之间形成嘧啶二聚体。光再活化是通过光解酶的作用直接逆转嘧啶二聚体。嘧啶二聚体如图2所示。
MGMT – 烷基通过甲基鸟嘌呤甲基转移酶（MGMT）从碱基中去除。
图2：嘧啶二聚体
单链损伤修复
单链损伤修复涉及DNA双链中一条DNA链损伤的修复。碱基切除修复和核苷酸切除修复是单链损伤修复所涉及的两种机制。
碱基切除修复 （BER） – 在碱基切除修复中，单个核苷酸变化通过糖基化酶从 DNA 链上裂解，DNA 聚合酶重新合成正确的碱基。基底切除修复如图3所示。
核苷酸切除修复 （NER） – 核苷酸切除修复参与修复 DNA 扭曲，例如嘧啶二聚体。通过核酸内切酶从损伤部位去除12-24个碱基，DNA聚合酶重新合成正确的核苷酸。
双链损伤修复
双链损伤可能导致染色体重排。非同源末端连接（NHEJ）和同源重组是双链损伤修复中涉及的两种机制。双链损伤修复机制如图 4 所示。
非同源末端连接（NHEJ） – DNA连接酶IV和称为XRCC4的辅因子保持断裂链的两端并重新连接末端。NHEJ依靠小的同源序列来检测重新连接期间的兼容末端。
同源重组 （HR） – 同源重组使用相同或几乎相同的区域作为修复模板。因此，在这种修复过程中使用同源染色体中的序列。
图4：NHEJ和HR
结论
外源性和内源性因素都会导致DNA损伤，这些损伤很容易被细胞机制修复。三种类型的细胞机制参与DNA损伤修复。它们是基底的直接反转、单链损伤修复和双链损伤修复。
