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【摘要】 ERCC1酶是一种以异二聚体形式与XPF共同作用于损伤DNA的内切酶,目前研究表明它与多种DNA损伤修复相关,ERCC1的缺陷导致损伤的积累进而导致衰老的产生。本文在具体描述ERCC1酶所作用的相关途径,联系其相关作用指出其缺陷造成的相关表型,并对于ERCC1酶目前在国内外的研究手段和研究进展作了详细的报道,就其在临床的应用价值作了初步的探讨与展望。
【关键词】 衰老;损伤修复;ERCC1研究进展
1 ERCC1酶的研究意义
ERCC1/XPF是一种有特异结构的异二聚体内切酶,包含ERCC1和XPF两个亚基,XPF的主要作用是催化性的,而ERCC1对于DNA链的结合有重要作用[1],这种复合物参与了两个完全不同的DNA修复路径:由紫外线照射和大量化学物质引起的NER修复和和对有于巨大基因毒性的内链交联损伤的重组修复(ICL)(这其中还有较为次要的同源体介导的重组和免疫球蛋白分类转换重组的移除),它们可以切除受损链的5’端。需要说明的是,ERCC1缺失的老鼠模型中不能检测到XPF,而这两种物质正常情况下是以复合物形式存在的,由此说明了这种复合物的不稳定性[2]。
对ERCC1蛋白进行测序发现,ERCC1蛋白的214个氨基酸同真菌的NER因子RAD10表现出了显著的同源性[3],而剩余80个氨基酸的ERCC1羧基端虽然与RAD10不同,却表现出了与大肠杆菌UvrC内切酶的显著同源性。大肠杆菌UvrC内切酶的同系物参与了NER和分裂重组路径。这解释了ERCC1突变体对于DNA内链交联的敏感性,因为内链交联是需要分裂重组来对其进行修复的。
研究发现,ERCC1/XPF在端粒处理中发挥作用,能够移去未加帽端粒的3’突出端[4]。两种亚基中任何一种得突变都会导致片断性早老综合征的形成。ERCC1/XPF核酸酶的ERCC1亚单位的编码基因的破坏有严重后果,动物异常小,在断乳前就死亡,肝与其他器官中有染色体和组织学异常。这可能与ERCC1/XPF在除NER以外的双链断裂修复中也起作用有关,在双链断裂修复中,它剪断非同源3’单链的尾。
目前研究已经明确证实了转录配对的核酸内切修复(NER)与细胞核组织衰老的密切联系,而且也已经知道ICL修复缺陷对于加速衰老的表型有贡献[5],但是ERCC1的缺失究竟在这种缺陷中作了什末贡献以及贡献究竟有多大还尚不清楚,所以在这里我们总结有关ERCC1缺失在修复中造成缺陷的发现与论断,来说明修复缺陷与衰老的关系。
2 ERCC1酶在修复中发挥的作用
在遭受内源性和环境中的DNA损伤因子的攻击时,需要通过DNA修复途径来切除和替换损伤的核苷酸。受损伤后改变的核苷酸残基,通常在取出损伤链的短片断并拷贝健全互补链后被替换。最常见的DNA损伤可以有效通过这种途径去除,其中碱基切除修复(base excision repair BER)主要针对内源性因子引起的一些常见损伤进行修饰,核苷酸切除修复(nucleocide excision repair NER)则主要针对由环境诱变剂引起的螺旋变形性损伤进行修复[6]。
ERCC1酶还参与了ICL修复。ICL(DNA内链交联)尽管罕见,但确实是一种许多致命损害中的一种。ICL主要是由以下三种原因引起的:用ICL诱导剂治疗癌症的化学治疗方法,皮肤疾病的PUVA疗法,通过受损ICL修复内源性增加ICL的方法。ICL损伤中,两条DNA互补链形成交联阻碍了DNA的复制和转录,同时也阻碍用于修复的由互补链编码的信息的利用,这主要是由于ICL导致复制叉崩解和双链断裂造成的[7]。
另外,ERCC1酶还参与了生长激素/胰岛素样生长因子(IGF1)的信号的表达。研究数据显示XPF-ERCC1缺失老鼠表现出细胞死亡和抗氧化防御的增长,这是一种向分解代谢的转变,并且减少了生长激素/胰岛素样生长因子(IGF1)的信号的表达,而这种信号是一种已知的生命长度的调节器,它分配了从生长到躯体防御到寿命延长的资源。相同的反应发生在野生老鼠对于慢性基因毒性的应激,以及能量的限制上,或者是对老化的反应上,所以可以推测未修复的毒性DNA损伤包括一个高度保守性的代谢反应[8]。这强调了DNA损伤对于衰老的作用,并证明老化以及生命最终适应度是由基因因素决定的,这种基因主要决定损伤积累程度和功能的下降速度。
3 ERCC1酶研究进展报告
在体研究中主要是针对老鼠模型进行的。在对ERCC1突变的老鼠进项详细分析时主要涉及了两种老鼠突变模型:一种是基因敲除模型,另一种含有将羧基末端平截7个氨基酸的编码蛋白。两种突变型的老鼠都表现出了皮下脂肪缺失,过早的脾内铁蛋白沉积,染色体数异常,肝和肾细胞胞质内陷,成纤维细胞对交联剂和紫外光敏感,以及NER和ICL修复的功能受阻。但是在ERCC1/XPF上有缺陷的老鼠的早老特征及其严重性同有其他基因缺失造成仅NER修复缺陷的老鼠所表现的特征的严重程度是不同的[9]。
为了观察DNA修复是否对于延长造血系统功能有重要作用,研究中比较了ERCC1缺失的老鼠,未经处理的年轻老鼠,未经处理的年老老鼠这三者的造血系统的功能[10]。观察发现,三周大的老鼠ERCC1缺失表现了不同程度的细胞减少和骨髓的脂肪替代,这同老年野生老鼠的表现是相同的。研究还发现在应激状态下ERCC1缺失老鼠的基本造血能力和储备能力也显著的减少,这同年老的老鼠所表现出的表型是一致的。另外,造血祖细胞和应激状态下的增殖储备与年龄控制的衰老的野生老鼠相比也显著减少,这些现象在XPA缺失造成的单纯的NER修复缺陷中是没有的,但却是Fanconi贫血的特征。
4 ERCC1酶与疾病
可以预测,NER缺乏者会有先天的光敏感,并且很少患者有能够在受到紫外线照射后仍然存活的。这种光敏感患者减少了由紫外线引起的DNA修复合成和受损RNA的合成,我们把这些患者的成纤维细胞在受到紫外线照射后的恢复期叫做XFE(XPF-ERCC1)成纤维细胞[11]。这种特殊的成纤维细胞表现出一种完全的NER缺失,使患者罹患着色性干皮病和Cockyane综合征(表现为视网膜退变、听力受损、皮肤薄且对光敏感),但是从神经病学、肝胆学。骨骼肌以及造血系统的症状来看,清楚地显示这种患者的症状与着色性干皮病、Cockyane综合征和二者的结合体是不同的[12]。
DNA互补分析显示XFE细胞缺少XPF,这种现象是可以预测的,所有的XPF疾病患者都含有大量的NER修复后残基并患有中度的着色性干皮病,XFE细胞的互补DNA表现了XPF在458位上的GRC易位,表现了一个高度保守性的精氨酸(R153P)的非保守性组合。在受到紫外线照射突变后,患有高度光敏感性的患者表现出对这种突变的纯和性。高保守性的精氨酸(R153P)存在于一个包含螺旋酶模板和和富含亮氨酸的区域,这两个区域都经常经历蛋白的相互作用[13]。
5 展望
目前在ICL和衰老的关系中有很多为解决的问题,这是因为ERCC1不仅参与了ICL一个修复路径,更多的研究着眼点应当放在ERCC1对于ICL着一种路径的作用上。
参 考 文 献
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