Наш геном постоянно подвергается испытаниям со стороны различных агентов, повреждающих ДНК. Эти атаки могут происходить от источников окружающей среды, таких как ультрафиолетовый свет или облучение, а также от эндогенных источников, таких как побочные продукты метаболизма, вызванные окислительным стрессом или ошибками репликации1,2. Эти поражения могут влиять на целостность одной или обеих нитей ДНК, и если генерируемые ошибки становятся постоянными, это часто приводит к транслокациям и нестабильности генома, что может привести к опухолевомугенезу 3,4. Для поддержания целостности генома в ходе эволюции было разработано несколько систем восстановления. В соответствии с химическими и физическими свойствами конкретных типов повреждений ДНК могут быть активированы несколько механизмов репарации. Несоответствия, абосные участки, одноцепочечные разрывы и 8-оксогуанин (8-оксоГ) могут быть удалены либо путем восстановления несоответствия, либо путем восстановления основания-иссечения5,6. Поражения, вызванные УФ-индуцированными фотопродуктами и громоздкими аддуктами, могут быть восстановлены либо нуклеотидно-эксцизионной репарацией (NER), либо процессом двухцепочечного разрыва ДНК (DSBR)7,8. NER состоит из двух основных подпутей: транскрипционно-связанного NER (TC-NER) и глобального геномного NER (GG-NER). Что касается фазы клеточного цикла, то после индукции двухцепочечного разрыва ДНК могут быть активированы два подпутя: негомологичное конечное соединение (NHEJ) и гомологичная рекомбинация (HR)1,9. NHEJ, который является доминирующим путем в покоящихся клетках, может быть активирован во всех фазах клеточного цикла, представляя собой более быстрый, но подверженный ошибкампуть 10. С другой стороны, HR является безошибочным путем, в котором DSB восстанавливаются на основе поиска последовательности-гомологии сестринских хроматид, поэтому он в основном присутствует в фазах11клеточного цикла S и G2. Кроме того, микрогомологически-опосредованное конечное соединение (MMEJ) является еще одним механизмом восстановления DSB, отличным от вышеупомянутых, основанным на KU70/80- и RAD51-независимом способе повторного лигирования ранее резецированных микрогомологий последовательностей, фланкируя сломанные концы ДНК. Поэтому MMEJ считается подверженным ошибкам и очень мутагенным12. Во время репарации ДНК DSB могут индуцировать реакцию повреждения ДНК (DDR), что приводит к активации киназ контрольных точек, которые останавливают клеточный цикл во время репарации13,14,15. РДР активизируется в ответ на вербовку и широкое распространение инициаторов ключевых участников процесса ремонта вокруг поражений, способствуя формированию ремонтного очага. В этом раннем сигнальном каскаде ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated) киназа играет ключевую роль, катализируя фосфорилирование варианта гистона H2AX в Ser139 (называемом γH2AX) вокруг поражения16. Это раннее событие отвечает за набор дополнительных факторов ремонта и начало процессов последующего ремонта. Хотя точная функция рекрутированных белков в центре репарации еще не полностью охарактеризована, образование и динамика репараторных очагов были исследованы несколькими лабораториями. Эти маркеры широко используются для отслеживания кинетики ремонта, но их точная роль в процессе ремонта остается неуловимой. Из-за большого значения, но плохого понимания клеточных процессов, связанных с репарацией ДНК, до сих пор было разработано несколько методов для индуцирования и визуализации ГДР.
Были созданы различные методы и системы, чтобы вызвать желаемый тип повреждения ДНК. Например, некоторые агенты [такие как неокарзиностатин (NCS), флеомицин, блеомицин, γ облучение, УФ] могут индуцировать большое количество случайных разрывов ДНК в непрогностических геномных позициях, в то время как другие (эндонуклеазы, такие как AsiSI, I-PpoI или I-SceI, а также лазерное полосание) могут вызывать разрывы ДНК в известных геномных локусах17,18,19,20,21. Здесь мы сосредоточимся на методах на основе эндонуклеазы, которые в настоящее время используются для изучения DDR в клетках млекопитающих и дрожжей. Помимо выделения принципов этих методов, мы подчеркиваем как их преимущества, так и недостатки.