非同源末端连接

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（哺乳动物特有）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填补缺失碱基。
3. 末端连接
   • XRCC4-Ligase IV-XLF复合物催化DNA磷酸二酯键形成，完成连接。

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

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二、生物学特性与比较优势

1. 与同源重组（HR）的对比

特性	NHEJ	HR
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（近乎无误差）
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。

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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/化疗对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。