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非同源末端连接实验

简要描述:非同源末端连接实验(NHEJ) 是细胞修复DNA双链断裂(DSBs)的核心途径,其核心特征为无需同源模板,直接重新连接断裂的DNA末端。

  • 更新时间:2025-07-17
  • 浏览次数:171

详细介绍

一、定义与核心机制

非同源末端连接(NHEJ) 是细胞修复DNA双链断裂(DSBs)的核心途径,其核心特征为无需同源模板,直接重新连接断裂的DNA末端。与同源重组(HR)相比,NHEJ具有速度快、适用范围广但精度低的特点,是真核生物中80% DSBs的修复方式。

分子修复流程(三步模型)

  1. 末端识别与结合

    • Ku70/Ku80异二聚体识别断裂末端,形成环状结构保护DNA免受降解,并募集DNA-PKcs(哺乳动物te有)形成DNA-PK全酶复合体

  2. 末端加工

    • 断裂末端若存在损伤或不兼容结构(如黏性末端),由Artemis核酸酶切割,聚合酶μ/λ*缺失碱基。

  3. 末端连接

    关键特征:连接过程可能引入插入(Insertions)或缺失(Deletions),统称Indels

    • XRCC4-Ligase IV-XLF复合物催化DNA磷酸二酯键形成,完成连接。


二、生物学特性与比较优势

1. 与同源重组(HR)的对比

特性NHEJHR
模板依赖无需同源模板需同源DNA序列作为修复模板
细胞周期全周期活跃(G0/G1期为主)仅S/G2期(需姐妹染色单体)
速度快速(分钟级响应)缓慢(小时至天)
精确性低(易引入Indels)高(近乎wu误差)
基因组占比修复80% DSBs 修复20% DSBs

2. 核心生物学价值

  • 维持基因组稳定性:快速修复辐射、化学毒物等外源损伤导致的DSBs。

  • 免疫多样性生成:介导B/T细胞VDJ重排,产生抗体与T细胞受体多样性。

  • 环境适应性:在资源匮乏或恶劣条件下(如细菌潜伏期),优先启动NHEJ而非HR。


三、应用场景与技术突破

1. 基因编辑工程

  • 基因敲除(Knock-Out)
    CRISPR/Cas9诱导DSB → NHEJ修复引入移码突变 → 目标基因失活(图2)。
    案例:构建囊性纤维化猪模型,敲除CFTR基因。

  • 基因插入(Knock-In)
    联合外源DNA模板,NHEJ介导随机插入(效率高于HR但精度低)。

2. 癌症治疗

  • 合成致死策略
    抑制NHEJ核心蛋白(如DNA-PKcs),增强放疗/hua疗对HR缺陷肿瘤(如BRCA突变)的杀伤。

  • 耐药性逆转
    靶向Ku蛋白克服肿瘤对PARP抑制剂的耐药性。

3. 微生物工程

  • 细菌逆境适应
    结核分zhi杆菌依赖NHEJ修复潜伏期DSBs,维持基因组完整性。

  • 真菌代谢改造
    敲除NHEJ基因(如LIG4)可提升酵母HR效率1000倍,加速合成生物学应用。


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