《DNA Repair》期刊综述：无碱基位点（AP sites）修复与耐受机制的新见解

作者与发表信息
本文由Vanderbilt University School of Medicine生物化学系的Petria S. Thompson和David Cortez*团队撰写，发表于2020年4月的《DNA Repair》期刊（Volume 90, 102866），属于特刊“Genomic Maintenance”的一部分。

主题与背景
本文是一篇系统性综述，聚焦于无碱基位点（apurinic/apyrimidinic sites, AP sites）的形成机制、生物学后果及其修复与耐受途径。AP sites是DNA中最常见的损伤类型之一，每日每个细胞可产生约10,000–20,000个。这类损伤由自发水解、碱基氧化或糖苷酶作用引发，可导致复制阻滞、突变积累、链断裂及DNA-蛋白质交联（DNA-protein crosslinks, DPCs），威胁基因组稳定性。近年来，单链DNA（ssDNA）中AP sites的修复机制成为研究热点，本文旨在整合传统双链修复（如碱基切除修复BER）与新兴单链修复途径的进展。

主要观点与论据

1. AP sites的形成机制
AP sites的来源包括三类：
- 自发碱基丢失：嘌呤自发水解（depurination）速率高于嘧啶（depyrimidination），单链DNA中发生率更高（速率提升4倍）。
- 碱基损伤诱导：烷化剂（如抗癌药物）、氧化应激（如活性氧ROS）、电离辐射（IR）和紫外线（UV）通过破坏碱基的N-糖苷键间接生成AP sites。例如，8-氧鸟嘌呤（8-oxoG）是常见的氧化损伤产物。
- 糖苷酶作用：DNA糖苷酶（如UNG、OGG1）在碱基切除修复（BER）中切割损伤碱基，产生AP中间体。

证据支持：
- 实验数据表明，烷化剂诱导的碱基质子化会削弱N-糖苷键（引用文献6-8）。
- 氧化损伤产物（如FapyG）的质谱分析证实其通过BER途径生成AP sites（文献12-13）。

2. AP sites的生物学后果
AP sites的开放醛基（1%存在形式）具有高反应性，可引发以下问题：
- 复制与转录阻滞：AP sites完全阻断复制聚合酶（如Pol δ/ε），并干扰RNA聚合酶II（RNAPII）延伸（文献81-82）。
- 突变倾向：缺乏编码信息导致跨损伤合成（TLS）时遵循“A规则”（优先插入腺苷），但不同生物中核苷酸插入偏好存在差异（文献51-65）。
- 复杂损伤形成：AP sites可转化为链间交联（ICLs）或DPCs（如与PARP1、Pol β共价结合）（文献35-47）。

证据支持：
- 体外实验显示，Pol β与AP site衍生物2-脱氧核糖内酯（DL）形成不可逆DPC（文献42-43）。
- 酵母模型中，AP sites诱导的转录停滞导致突变率上升（文献83）。

3. 双链DNA中的修复机制
- 碱基切除修复（BER）：
- 短补丁修复：APE1切割AP位点5’端，Pol β填补缺口，XRCC1辅助连接（文献72）。
- 长补丁修复：Pol δ/ε合成2-10个核苷酸，FEN1切除5’ flap（文献73-74）。
- 核苷酸切除修复（NER）：
- 全局基因组NER（GG-NER）和转录偶联NER（TC-NER）均可处理AP sites，后者通过停滞的RNAPII招募修复复合体（文献78-88）。

证据支持：
- APE1敲除细胞对烷化剂敏感性增加（文献9）。
- 酵母中BER与NER通路存在功能重叠（文献79）。

4. 单链DNA中的修复与耐受机制
- 跨损伤合成（TLS）：
- Y家族聚合酶（如Pol η、Rev1）插入核苷酸，B家族Pol ζ负责延伸（文献95-97）。Rev1的dCMP转移酶活性主导AP位点旁dC插入（文献109-115）。
- 同源重组（HR）与模板转换：
- 复制叉逆转（fork reversal）或Rad51介导的链入侵可绕过AP位点（文献136-138）。
- 新机制：
- SHU复合物：酵母中Rad51旁系同源物（如Csm2）保护AP位点免受内切酶切割，促进模板转换（文献93）。
- HMCEs蛋白：通过SRAP结构域与AP位点形成稳定交联（thiazolidine linkage），屏蔽损伤并抑制TLS（文献94, 149-151）。

证据支持：
- HMCEs缺失细胞对AP诱导剂（如MMS）高度敏感，且突变率升高（文献94）。
- 结构解析显示HMCEs偏好结合3’端ssDNA-dsDNA交界处的AP位点（文献149）。

意义与价值
1. 理论价值：
- 系统阐明了AP sites从形成到修复的全路径，揭示了BER、NER、TLS和HR等多通路协同维持基因组稳定的机制。
- 提出HMCEs和SHU复合物等新因子，拓展了单链损伤修复的认知边界。
2. 应用潜力：
- AP sites高累积的癌细胞（如B细胞淋巴瘤）可能成为靶向治疗的突破口（文献155）。
- HMCEs的DPC修复机制或为抗癌药物设计提供新靶点。

亮点
- 创新性：首次揭示HMCEs通过共价交联保护AP位点的分子机制。
- 全面性：整合了从原核到真核生物的AP修复研究，涵盖化学、遗传学及结构生物学证据。
- 临床关联：联系APOBEC/AID酶活性与癌症突变特征（文献28-31），为肿瘤基因组学提供解释。

其他有价值内容
- 讨论了AP sites在抗体多样化（如体细胞高频突变SHM）中的作用（文献98-99）。
- 提出HMCEs可能参与微同源介导的末端连接（alt-EJ）修复（文献146），但其机制仍需验证。

（注：全文引用文献编号与原文对应，此处保留原格式以便查阅。）