同源重组修复相关Rad51在肿瘤中的研究进展

巫彦博

【摘要】 Rad51基因的突变在很多方面发挥着很关键的作用，比如抑制多种肿瘤的发生与发展，以及肿瘤对放疗和化疗药物的耐药性等方面。另外，由于Rad51基因是DNA修复基因，其在维持基因的稳定性方面有着极其重要的作用。而且，Rad51基因可能也会在肿瘤的发生、发展中与其他基因相互作用对其产生影响。本文主要对同源重组修复相关Rad51在肿瘤中的研究进展作一综述。

【关键词】 同源重组; 修复; Rad51; 肿瘤

doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2019.09.081 文献标识码 A 文章编号 1674-6805（2019）09-0-03

Advances in Homologous Recombination Repair Related Rad51 in Tumors/WU Yanbo.//Chinese and Foreign Medical Research，2019，17（9）：-172

【Abstract】 Rad51 gene mutation plays a key role in many aspects，such as inhibiting the occurrence and development of a variety of tumors，and tumor resistance to radiotherapy and chemotherapy drugs.In addition，as Rad51 gene is a DNA repair gene，it plays an extremely important role in maintaining gene stability.In addition，Rad51 gene may also interact with other genes in the occurrence and development of tumors.This review focuses on the research progress of homologous recombination repair related Rad51 in tumors.

【Key words】 Homologous recombination; Repair; Rad51; Tumor

First-authors address：Guangdong Medical University，Zhanjiang 524000，China

如果出现细胞暴露导致DNA损伤的情况，会造成DNA链断裂（double strand breaks，DSBs），如在电离辐射、烷化剂以及拓扑异构酶抑制剂中[1]。此外，高度保真的同源重组修复（homologous recombination，HR）对维持基因的稳定性能起着至关重要的作用，而在正常DNA复制过程中复制叉的破坏及淋巴细胞生成过程中的抗原受体重组也对其起到重要作用[2]。Rad51会影响DNA损伤感应，另外也会对细胞周期关卡的复杂信号通路产生作用。蛋白水平的升高会造成染色体的易位、基因的缺失、复制或者杂合性缺失[3]。目前Rad51的过表达已在多种人类肿瘤中发现，比如肺癌、卵巢癌、乳腺癌、结直肠癌等，相反，Rad51突变的细胞对交联剂及电离辐射具有高度敏感[4]。现对同源重组修复相关Rad51在肿瘤中的研究进展综述如下。

1 Rad51的结构

Rad51基因是编码为一条339个氨基酸且相对分子质量为4.3×104的多肽，位于15号染色体长臂1区5带（15q5.1），有8个内含子和9个外显子[5]。它拥有DNA依赖性ATP激酶活性，人类Rad51蛋白c是由5个短螺旋构成1个致密区的高度保守的氨基末端，这与内切酶11Ⅰ（大肠杆菌的DNA修复酶）的其中1个结构区十分相似，和大肠杆菌RecA蛋白是同系物。这个致密区被认为能由氨基末端的磷酸化所调控与DNA结合[6]。Rad51有5个同系物，分别是XRCC2、XRCC3、Rad51B（Rad51L1）、Rad51C（Rad51L2）、Rad51D（Rad51L3），它们和Rad51共同对HR的过程起到作用[7]。研究表明，Rad51蛋白与DNA有密切关系，即可与之结合，又会在其刺激下具有ATP酶活性，所以它是同源重组中最关键的部分。

2 Rad51及其相关蛋白在同源重组中的作用

当细胞处在某些情况染色体DNA双链会出现断裂（double-strand breaks，DSBs），DNA链会出现交联以及形成某种加合物等多种情况，造成某种程度上的损伤，比如电离辐射、DNA交联剂及缺氧等条件下，在可能引起的多种损伤中，最严重的是由放射线或铂类等交联药物引起的DSBs致死性伤害，而同源重组对其修复的过程起到重要作用[9]。受损害的染色体通过同源重组会自动与一条与本身相似但未受损伤的姊妹染色体对自身损伤进行修复[10]。修复中从同源配对开始，同源配对说的是单链与双链的反应，具体过程是异二倍体的形成及对DNA的作用，在双链断裂位点的双链DNA被同源单链DNA末端侵袭，形成异二倍体后，就会对DNA的损伤进行修复。有研究表明，Rad51蛋白和其同系物都会对体内催化同源配对起到一定的作用，Rad51的作用尤其重要，而其同系物Rad52、Rad54和XRCC等则是起到一定辅助作用[11]。另外，有资料表明，人类的Rad51比较特殊的一点就是能够具有ATP酶活性，虽然只会在DNA的刺激下产生。但是人们因此判断同源重组过程中人类细胞中最重要的关键酶被认为是Rad51[12]。

当同源重组机制被DSBs后，会形成一个核灶区，这种核灶区是一种蛋白复合物，Rad51蛋白出现高水平的表达后，由受损的DNA断端和高表达的Rad51蛋白连接，然后会在细胞核内形成多个不连续的亚细胞核结构，DNA的受损部分周围会经常出现，然后就会形成核内结构，普遍认为是核灶区，它拥有高度的秩序，随后启动同源重组的修复功能[13]。这种结构由参与同源重组功能的Rad51等多種蛋白所形成，才能让修复功能启动。经过一定研究发现，这之后形成的蛋白能够与Rad51结合，并且能够影响同源重组的活性，而有些蛋白与Rad51存在一定共性，比如在序列上，Rad51同系物也是如此，比如Rad52、Rad54和Rad51B、C、D等[14]。当DSBs的情况产生时，Rad51蛋白会在Rad52蛋白与DNA断裂的末端结合之后在单链DNA上聚集，并形成Rad51-单链DNA复合物，它是连续的，Rad51与 Rad54蛋白会进行结合，这种结合是特异性的，并且会发生反应，最终，同源重组会被启动[15]。

此外，像p53，BRCA1和BRCA2等，在同源重组过程中，它们都起到了一定起重要作用，另外在核灶区的形成过程中，抑癌基因蛋白也参与其中[16]。有资料表明，p53影响同源重组，除了通过控制细胞周期的进程这一手段外，还可以以多种方式与某些参与了其过程的蛋白进行结合，其中包括的比如BLM，BRCA1，BRCA2和Rad52[17]。而且处于正常状态下的p53还可以抑制同源重组功能，可以通过结合并抑制Rad51蛋白达到[18]。在DNA受到损伤的情况下，BRCA蛋白也是同源重组所必需的，因为BRCA1与BRCA2会和Rad51一起位于由于DNA损伤而产生的S期细胞的核灶区内[19]。经过研究发现，Rad51可以通过某些方式对BRCA1产生方式，在某一特定阶段，会出现细胞周期停滞，之后会对DNA的损伤修复，而Rad51对细胞周期的调控则是通过转录水平抑制BRCA功能实现的。而BRCA2对Rad51进行功能调控则可以通过与Rad51的结合达到[20]。一般情况下会认为，BRCA2-RadS1复合蛋白由非活性状态向活性状态的转变可以通过DNA损伤信号激酶，比如ATM或ATR的磷酸化激发，然后同源重组的过程会启动[21]。在后期阶段，受去磷酸化的影响，Rad51会脱离并且与BRCA2结合，最后脱离核蛋白细丝。因此，RadS1-BRCA2这种复合蛋白会直接调节Rad51介导的同源重组的活性，并且它的活化和失活在修复部位是不断循环的[22]。

总之，由于DNA损伤引起的Rad51核灶形成是同源重组所必需的，它受到Rad51同系物以及許多肿瘤抑癌基因蛋白的影响[23]。基因正常功能丧失的这些细胞会缺乏同源重组功能，而且DNA损伤也会不断累积，基因组也会出现强烈的不稳定性。Rad51及与其相关蛋白表达水平在提高之后，细胞的某些功能都会提高[24]。

3 同源重组、Rad51与肿瘤三者间的关系

经研究发现，同源重组如果存在过度活性，基因重组就会不适当，基因就会变得相对不稳定，并且基因易位、丢失或者杂合性丢失（LOH）等问题会很容易发生，所以只有同源重组处于正常状态下，才会维持细胞遗传的稳定，并且让其他生命功能正常运行[25]。所以我们可以认为，DNA的同源重组修复功能无论处在那个不稳定的状态都会累积DNA损伤，让基因组变得不稳定，而肿瘤发生及演化发展的重要因素正是这种基因组的不稳定，所以它是一个动态的平衡[26]。而Rad51因为与肿瘤的关系，又是同源重组的重要部分，它在近几年越来越受到了人们的重视。

在近几年的案例中，比如乳腺癌、前列腺癌等那些多发性的案例中，它们的肿瘤细胞中大多都出现了Rad51蛋白的过度表达，这很有可能是导致发生同源重组能力和基因长生很大影响的重要原因[27]。另外，还有资料表明，非小细胞肺癌、侵袭性乳腺癌以及胰腺癌的肿瘤细胞分化程度与野生型Rad51蛋白表达水平的升高密切相关。这同时说明在人类肿瘤的发生、发展的过程中，Rad51蛋白表达水平的升高是很大的原因[28]。

另外，多种肿瘤抑癌基因的蛋白与Rad51蛋白之间存在某种关系，他们互相作用，互相牵制，如p53，BLM，BRCA1和BRCA2，某些方面证明了肿瘤的发生发展过程与Rad51有很大关系。此外，有学者发现，具有BRCA2基因突变的人会因为135核普酸这种位于Rad51基因第一外显子的单核普酸多态性，患乳腺癌的风险会大大增加。但其中最值得庆幸的是，截至目前，肿瘤中存在Rad51基因的突变这种情况只是个例[29]。这就从另一个层面上说明，Rad51基因突变对肿瘤的发生演化起的作用不大，那么他们之间出现关系密切的情况很可能是因为转录和蛋白水平的原因，它们的变化比如Rad51基因突变和扩增并不会因为Rad51蛋白表达水平提高产生很大影响，但具体的作用机制至今仍然不敢太过断定。可以推测出的是，细胞的多种信号通路以及多种生理过程会因为机体在各种致癌因素的作用下出现的DNA损伤被激活，并且Rad51蛋白的表达水平和细胞的同源重组功能在转录水平和转录后的蛋白修饰过程中增加，而肿瘤的发生是因为DNA修复系统不能与细胞的生理过程长时间保持在一个相对平衡的状态中[30]。

4 小结

Rad51的DNA、mRNA及蛋白水平的变化都有可能对各种肿瘤的发生、发展造成影响，这是因为其是同源重组组成成分中的关键蛋白，同源重组又是修复DNA损伤的重要过程。Rad51的过表达可能会造成肿瘤的发生及肿瘤对放化疗的不敏感，低或不表达可能会引起胚胎的死亡，因此，对人体内Rad51量正常范围的衡量有待进一步的探索。但是，它是否会直接影响及怎样对肿瘤的发生及演化产生什么作用还有待商榷。另外，新一代肿瘤治疗药物可能会因为以上原因使得Rad51成为重要研究方向。

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