染色体错误分离：成因与后果
有丝分裂过程中的DNA损伤修复机制
DNA双链断裂（DSBs）是细胞面临的极为严重的损伤类型，而维护基因组的完整性则依赖于高效且精确的修复机制。细胞在细胞周期的不同阶段采用不同的修复策略来应对DSBs。非同源末端连接（NHEJ）主要在G1期发挥作用，并与G1/S转换期的检查点紧密相关，该检查点能够在检测到DNA损伤时延迟细胞进入S期。而同源重组（HR）则需要DNA模板的参与，主要限于S期和G2期，并与G2/M“DNA损伤”检查点相关联。尽管存在这些精细的调控机制，细胞仍有可能携带未解决的DSBs进入有丝分裂阶段。此外，DSBs也可能在有丝分裂过程中由于复制压力、后期桥断裂或常见脆弱位点处的DNA复制不足而产生。尽管在有丝分裂期间，主要的DNA修复途径如HR和NHEJ通常处于非活跃状态，但已有证据表明，有丝分裂细胞能够稳定染色体断裂，直至下一个细胞周期中能够安全地进行修复。最近的研究揭示了这一过程的潜在机制：细胞PP2A抑制剂（CIP2A）与DNA拓扑异构酶II结合蛋白1（TOPBP1）形成的复合体发挥了非经典的功能，该复合体最初被报道能够促进由DNA合成受损而产生的无着丝粒或受损染色体片段的分离。
在间期，CIP2A被积极地从细胞核中排出，从而限制了其与核内蛋白的相互作用。然而，在有丝分裂期间，核膜的破裂使得核内蛋白得以释放，包括TOPBP1，这允许CIP2A-TOPBP1复合体形成并转位到有丝分裂染色体上的DNA损伤位点。机制上，TOPBP1可能通过与DNA损伤检查点蛋白1（MDC1）的直接相互作用被招募到有丝分裂期间的DNA损伤病灶，而MDC1又能够直接结合到双链断裂处组装的含γH2AX的染色质。CIP2A则直接与TOPBP1结合，介导其招募到有丝分裂中的DNA损伤位点。随后，有丝分裂DSB处的CIP2A-TOPBP1复合体通过在断裂端之间形成系绳结构来稳定染色体，有效防止了开放的DNA端暴露于细胞环境中。虽然CIP2A–TOPBP1系绳片段的具体机制尚待进一步阐明，但可能涉及CIP2A的广泛卷曲螺旋结构域所介导的高级分子相互作用。此外，有丝分裂DNA损伤还可以以MDC1独立的方式招募TOPBP1和CIP2A，而MDC1在有丝分裂期间系绳断裂DNA片段的确切作用仍需进一步探究。无论具体机制如何，这些观察结果均表明CIP2A-TOPBP1复合体允许在有丝分裂期间或细胞周期的后续阶段修复DSB，从而确保基因组的稳定性。与此相一致的是，与照射后的野生型细胞相比，照射后的CIP2A缺陷型有丝分裂细胞表现出增加的放射敏感性、更多的γH2AX灶（指示未修复的DNA损伤）、自发性微核形成以及DSB修复缺陷。重要的是，这些表型通过重新表达CIP2A而得到恢复。
微同源介导的末端连接（microhomology-mediated end-joining，MMEJ）途径——曾被视为HR和NHEJ的备选途径——现已成为有丝分裂DSB修复的关键机制之一，其活性依赖于CIP2A-TOPBP1复合体的存在。Brambati等人发现RAD9检查点夹组件-HUS1检查点夹组件-RAD1检查点DNA核酸外切酶（RAD9A-HUS1-RAD1或9-1-1）复合体及其相互作用伙伴RAD9-HUS1-RAD1 interacting nuclear orphan 1（RHINO）是MMEJ途径中的关键因子。RHINO不仅在复制期间的DNA损伤感应中发挥作用，而且在有丝分裂期间稳定存在。RHINO的积累随后通过结合DNA聚合酶θ（Polθ），一种促进MMEJ的聚合酶-解旋酶融合蛋白，来促进有丝分裂DNA的修复。研究发现，有丝分裂期间Polo样激酶1（PLK1）对RHINO的磷酸化对于其与Polθ的相互作用至关重要。PLK1还直接磷酸化并激活Polθ，然后将其招募到双链断裂（DSBs）处，以介导断裂DNA端的连接。在这一过程中，TOPBP1-CIP2A复合体发挥着至关重要的作用；TOPBP1与DSB处的RHINO相互作用并使其稳定，进而促进Polθ被招募到CIP2A-TOPBP1复合体系绳的DSB处。与这些观察结果相一致的是，Polθ在有丝分裂期间形成与TOPBP1灶共定位的焦点和丝状结构，而TOPBP1的敲低则会抑制Polθ焦点和丝状结构的形成。虽然TOPBP1和Polθ之间的具体相互作用机制尚不清楚，但一个合理的假设是，这可能通过Polθ与TOPBP1的BRCA1 DNA repair associated C-terminal（BRCT）结构域之间的磷酸化调节相互作用来实现。综上所述，这些研究确立了MMEJ作为有丝分裂期间活跃且真实的DSB修复途径的地位。显然，解决有丝分裂DSB和系绳无着丝粒染色体片段对于基因组稳定性至关重要。无法解决这些断裂可能导致滞后染色体片段、错误分离、微核形成和染色质碎裂事件。