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  細胞內正常的代謝活動與環境因素所引起的DNA損傷的發生速率約為每個細胞每天1,000至1,000,000處分子損害。但是許多別的因素能使之達到更高的速率。一個關鍵的癌相關基因(如腫瘤抑制基因)的一處未修復的損害就能對個體產生災難性的後果,而這類基因只佔人類基因組的6,000,000,000(30億個鹼基對)個鹼基的0.000165%。

  人類細胞和絕大多數的真核細胞的DNA定位於細胞內的兩個地方:細胞核內和粒線體內。細胞核DNA(nDNA,nuclear DNA之縮寫)大量聚集於染色體;染色體是由DNA和纏繞其上的稱為組蛋白的珠狀蛋白質組成的。只要細胞要表達其nDNA編碼的遺傳資訊,其相應的染色體區域就要拆開,定位在此處的基因才被表達,之後這一區域又固縮回原來的靜態構造。線粒體DNA(mtDNA,mitochondrial DNA之縮寫)定位於細胞器線粒體之內,存在若干個拷貝。mtDNA同樣與許多蛋白質緊密結合以形成一種叫做類核的複合體。線上粒體裡面,生成三磷酸腺苷(ATP)的氧化磷酸化反應的副產物——活性含氧物種(ROS),或稱自由基,導致形成一種高度氧化的環境,已知這種環境能對mtDNA造成傷害。

  DNA損傷可分為兩大型別: 1.內源性損傷,如被正常代謝的副產物活性氧分子(自由基)攻擊導致的損傷(自發突變); 2.外源性損傷,由外部因素引起,例如: 在細胞分裂之前,損傷DNA的複製會引起錯誤鹼基與損傷鹼基相對立地結合。子代細胞由遺傳而繼承了錯誤的鹼基之後,也就成了變異細胞(帶了突變的細胞),從此再無退路(除非通過很少有的回覆突變和基因轉換)。

  內生性的DNA損害型別以影響DNA的初級結構(primary structure,例如:核苷酸層次的結構、配對等)為主,只有比較嚴重的外生性的DNA損害才有機會造成DNA二級結構(secondary structure,例如:DNA層次的立體結構改變)的破壞。 DNA初級結構的損害形式主要可以分為五種:  而外生性的DNA損害,隨著暴露在外生性因子的時間、劑量的差異,其導致的DNA損害形式也有很大的差異。目前的研究發現細胞在紫外線得照射下對使得DNA會形成嘧啶二聚體,是一種外生性DNA損害的明確型別。

  既然內生性(endogenous)與外生性(exogenous)的DNA損害來源均無法避免,細胞就必須面對這些DNA損害的形式採取適當的措施。對一個細胞來說,消極的做法是暫時容忍損害的存在,等到細胞的基因體遭受損害到一定程度,細胞自然無法再持續進行運作;而積極的做法則是針對所有可能的DNA損害發展出相對應的修復補救措施,以確保基因體內遺傳訊息的正確性。根據分子生物學近幾年來的研究發展,科學家已經發現無論是以單細胞形式存活的酵母菌到我們人類的細胞,都可以找到相對應的DNA修復機制,這說明DNA修復機制在各物種間的高度保守性(highly conservative),更充分顯示了DNA損害所造成的危害,在生物演化初期就無可避免。 在現存細胞內的DNA修復機制中,由DNA損害斷裂的程度可以分為兩種型別,一種是"單股損害",另一種則是DNA"雙股斷裂"。前者修復機制通常需要藉助其對應的另一股當模板(template),而後者在缺乏另一股序列當模板的情況下,則是轉而透過同源的染色體序列或姊妹染色分體來尋求支援。(在高等生物中,有時候DNA雙股斷裂的修復有可能無須任何序列當模板,而徑行將斷裂部分直接接合,然而這種DNA修復方式可能隱含錯誤的機率(error-prone)。

  單股DNA損害修復機制的特色是,當只要DNA兩股的其中一股發生損害,另一股在這時候就可以當作模板,以作為修正的依據。細胞為了對抗各種形式的DNA損害,發展了數種DNA單股損害的修復機制,包括:

  DNA雙股斷裂對細胞來說是最嚴重也是最致命的DNA損害型別。不若DNA單股的損害在組蛋白的保護下或許可以逃過更進一步的損害與化學物質的攻擊,DNA雙股斷裂的結果使得DNA的末端直接裸露,在這種情況的發生若沒有及時的處理,細胞內DNA損害反應(DNA damage response)機制就會活化,其後果之一是停止細胞的生長與分裂,或者是啟動細胞凋亡,無論如何都是驅使細胞走向毀滅一途。幸好從真核生物階段細胞就已發展出數套機制用來防範DNA雙股斷裂的產生,分別是: 同源性重組HR修復路徑與細胞週期的進行有很高的依賴性。在G1期,染色體套數為2n的情況下,同源染色體是HR唯一可使用的模板。等到在S期/G2期有了姊妹染色分體(sister chromatid)的加入,染色體套數倍增為4n,這時候HR機制就有更多的修復模板可供選擇,因此一般認為HR修復的運作在S期/G2期比較活躍。 值得一提的是,NHEJ除了負責DNA損害的修復,高等生物所特有的免疫系統在進行V(D)J重組以產生具多樣性的抗體時,由RAG蛋白作用所造成的DNA斷裂,也是需要NHEJ來進行善後工作的。

  除了既有的DNA修復機制,細胞還有一項用來對抗DNA損害生成的武器,那就是細胞週期檢查點(cell cycle checkpoint)。對於一個持續進行週期的細胞,若DNA遭受損害,除了既有的DNA修復機制可以偵測損害的地點,檢查點機制相關的蛋白也被認為具有類似的能力,只是檢查點偵測到損害形成時所做的反應是停滯細胞週期的進行。不過有越來越多的科學研究發現DNA修復機制與檢查點的活化有相輔相成的效果,例如;遊離輻射造成DNA雙股斷裂,除了前面提到同源重組以及非同源性末端接合修復機制可以徑行修復斷裂的DNA,在檢查點扮演關鍵角色的ATM(Ataxia-Telangiectasia)蛋白質除了啟動檢查點機制以停滯細胞週期,科學家也發現ATM會透過直接磷酸化或透過更復雜的機制來啟動上述的修復機制。而有些蛋白質被認為同時具有檢查點活化以及DNA修復的功能,例如:p53與BRCA1,這更加說明兩種機制相互依存以降低DNA損害對細胞本身所造成的傷害。

  DNA損害可能造成細胞停止生長(senescence)、細胞凋亡或轉型成癌細胞,而對於生物個體當然不可避免的會導致對應的症狀,即老化、死亡,或者腫瘤的形成,這些現象與源自細胞內產生的DNA損害無法順利透過DNA修復機制進行處理有很大的關連。拜分子生物學快速進展之賜,這十幾年來許多未知病因的症狀陸續被發現原來是DNA修復機制相關基因的突變或異常所造成的結果,間接證實了DNA損害對於生物個體所造成的危害。

  並非所有的DNA修復機制異常會導致遺傳性疾病發生,事實上,根據科學家的實驗結果,有更多的例子顯示缺少DNA修復機制中某些參與的基因反而導致實驗老鼠在胚胎時期突然停止發育,英文稱呼為胚胎致死(embrYonic lethality),唯有少數幸運胚胎存活而得以出生,不過可預期的這些剛出生的小生命不久將慢慢出現基因缺陷伴隨而來得遺傳病徵。 DNA修復機制異常對生物個體最普遍的遺傳病徵,大多是發育遲緩(有些也包含喪失生殖能力)、神經退化、智慧不足等,也有些是免疫功能缺乏,如果缺乏事先的疾病診斷與照護,通常很容易死亡。若是年齡稍長,癌症罹患的機率有會跟著增加,在DNA修復機制異常的情況下,很少有患者逃得過癌症侵襲。  以下是一些遺傳性疾病與其對應的DNA修復機制:
DNA修復是細胞中經常執行的一種程序。它使基因組免受損傷和突變,因此對細胞的生存是很重要的。在人的細胞中,一般的代謝活動和環境因素(如紫外線和放射線)都能造成DNA損傷,導致每個細胞每天多達1,000,000處的分子損害。這些損害給DNA分子造成結構上的破壞,由此可大大的改變細胞閱讀資訊和基因編碼的方式,其餘的損害引發在細胞基因體中的潛在有害突變,進而影響子細胞在進行有絲分裂後的存活。因此,DNA修復必須經常運作,以快速地改正DNA結構上的任何錯誤之處。當正常修復程式失效與細胞凋亡沒有發生,則不可回覆的DNA損傷可能會發生,包含了雙股斷裂與DNA與DNA互動連結。