學士後西醫-普通生物及生化概論題庫下載題庫

D.(DNA topoisomerases I)

當拓撲異構酶I作用於DNA時，它會首先將DNA雙股螺旋完全包覆，並通過破壞磷酸雙酯鍵的方式切斷其中一股DNA，產生一個小缺口。此時，另一股完整的DNA將會穿過這個缺口，從而減少扭轉壓力。接著，拓撲異構酶I會迅速地將剪開的地方重新接回去，確保DNA的結構完整和穩定。

這個過程就像是解開一條打結的繩子，讓它變得鬆弛而不緊張。這樣，DNA就能夠順利地進行複製和轉錄，保持正常的功能。

相比之下，其他選項涉及的是修復雙鏈斷裂的機制。雙鏈斷裂是指DNA的兩條鏈都被切斷，這是一種更嚴重的損傷，需要更複雜的修復機制，如同源重組修復和非同源末端連接。

Topoisomerases I剪開其中一股DNA

將其中剪開這股重新接回去

(A) Homologous recombination：同源重組是一種基因重組的方式,主要用於修復DNA損傷。它涉及在相似或相同的DNA序列之間交換遺傳物質，有助於增加基因多樣性。

1. 修復機制：

   - HR 利用 DNA 序列完全相同的同源序列進行修復。

   - 最常見的同源序列來自於細胞基因體中父母雙方的序列。

2. 修復過程：

   - 當一方的 DNA 發生雙股螺旋斷裂，另一方的完整 DNA 雙股螺旋可以作為模板進行修復。

   - 基因重組的方式提供修復所需的模板。當 DNA雙鏈斷裂時,細胞會利用同源重組來修復這些 斷裂。這個過程需要一個模板來指導修復,而這個 模板通常是來自於同源染色體上的相同或相似的 DNA序列。簡單來說,同源重組利用一個相似的DNA序列作為 模板,來確保修復後的DNA序列是正確的,從而維 持基因組的穩定：

3. 優點：

   - 修復的準確度極高，因為它依賴的是正確的模板。

4. 缺點：

   - 效率較低，因為需要將同源染色體與同源序列正確並排在一起進行修復。

   - 對於高等生物（如人類）而言，因基因體複雜，進行 HR 較為困難。

5. 應用：

   - 在細胞進行複製後但尚未將新複製序列與原本序列分離時，新複製的序列常被用作 HR 的同源序列。

   - 一些重要的抑癌基因（如 BRCA1 和 BRCA2）參與 HR。

以下是修復過程的步驟：

1. 細胞需要以未受損的姐妹染色單體的同源序列作為修復模板。

2. MRN複合物識別雙鏈斷裂（DSBs），並結合到DNA末端。

3. 修復的第一步是修剪DNA末端：

首先,DSB 的末端會被核酸 外切酶處理,形成單鏈DNA (ssDNA) 末 端。這個過程通常由 MRN 複合體(MRE11- RAD50-NBS1)和CtlP蛋白協同完成。

   - MRN複合物和轉錄因子CtIP（CtBP-相互作用蛋白）促進DNA末端的切割。

   - 導致5'末端DNA降解，產生單鏈DNA（ssDNA）。

4. 生成的ssDNA 會被RPA (Replication Protein A) 蛋白覆蓋,防止其 形成二級結構或被降解。

5. 在BRCA2蛋白的介導下,RPA被重組酶RAD51 取代,形成RAD51-ssDNA核蛋白絲,並尋找姐 妹染色單體上的同源序列。這個核蛋白絲會搜索 同源染色體上的相似序列,與同源DNA序列配 對,進行鏈交換,形成D-Loop結構。

6.D-Loop結構延伸或與另一個末端連接，完成修復過程。

補充說明

1. BRCA2蛋白的作用:BRCA2蛋白的主要功能 是協助RAD51在單鏈DNA (ssDNA)上形成 核蛋白絲。BRCA2蛋白通過直接與RAD51結 合,將其運送到DNA損傷部位,並促進 RAD51在ssDNA上的聚集。

2. RPA的作用:RPA (Replication Protein A)在DNA損傷後首先結合到ssDNA上,保 護ssDNA並防止其形成二級結構。隨後, BRCA2蛋白介導RAD51取代RPA,形成 RAD51-ssDNA核蛋白絲。

3. RAD51的作用:RAD51在ssDNA上形成核 蛋白絲後,會搜索同源染色體上的相似序 列,與同源DNA序列配對,進行鏈交換,形 成D-Loop結構。

(B) Non-homologous end joining：這也是一種修復雙鏈斷裂的機制，通過直接連接斷裂的DNA末端來修復。之所以是非同源 性,是因為斷裂的兩段是被直接接 上,而非使用一個同源的模板。與之 相對的同源重組則需要一個同源序列 來引導修復。

 非同源末端連接（NHEJ）通路是一種修復雙鏈斷裂（DSBs）的重要機制。以下是NHEJ通路的主要步驟：

1. Ku蛋白（Ku70/Ku80）複合物識別並結合到DSBs的末端。

2. 激活：Ku-DNA複合物招募DNA依賴蛋白激酶催化亞基（DNA-PKcs），激活其激酶活性。

3. DNA末端處理：DNA-PKcs通過自身磷酸化啟動NHEJ通路，吸引重組酶Artemis加入以處理DNA末端，去除不匹配的核苷酸或修剪末端。

4. DNA末端連接：XRCC4-DNA連接酶4-XLF複合物被召集到斷裂處，促使DNA末端進行連接，完成修復。

這些步驟，確保DNA雙鏈斷裂能夠被有效修復。

(C) CRISPR-Cas9 base editing：CRISPR-Cas9技術通常涉及雙鏈斷裂

2. 切割 DNA:

a.引導 RNA (gRNA)進入細胞,並找到與其互 補的DNA序列。

b.當gRNA 與目標DNA 結合後,Cas9蛋白 被引導到這個位置。

c.Cas9 核酸酶在特定位點剪切 DNA雙鏈

3. DNA修復:被切割的DNA 會啟動細胞內的 修復機制。這些修復機制包括非同源末端連 接(NHEJ) 和同源重組(HDR)。NHEJ 通常 會導致小的插入或缺失,從而引起基因突 變;而HDR則可以利用提供的模板DNA進 行精確修復,從而實現特定的基因編輯。

(E) DNA topoisomerases II：可以同時切開雙股，不同於DNA topoisomerases I只能切開單股，這種酶會引起雙鏈斷裂來解決DNA超螺旋問題，然後再重新連接斷裂的DNA。

因此，這些選項都涉及雙鏈斷裂的修復或處理，只有DNA topoisomerase I不涉及雙鏈斷裂。

相比之下，其他選項涉及的是修復雙鏈斷裂的機制。雙鏈斷裂是指DNA的兩條鏈都被切斷，這是一種更嚴重的損傷，需要更複雜的修復機制，如同源重組修復和非同源末端連接。

考古題

44. DNA double-strand breaks can lead to genome instability. Which DNA repair mechanism is error-free system to repair this kind of lesion in the growth phase of the G2 phase cell cycle?

(A) Homologous recombination

(B) Non-homologous end-joining

(C) Microhomology-mediated end joining

(D) Base mismatch repair

(E) Excision repair

答案A<106後西醫生物>