“就像非洲大草原上角马过河时，会受到鳄鱼攻击一样，生命体遗传物质——DNA核苷酸长链经常受到各种物理、化学、或生物性（核酸酶、 DNA复制叉垮塌等）因子攻击，导致DNA断裂 。 ”北京大学生命科学学院教授孔道春对《中国科学报》说，“DNA同源重组是生命体的必须过程，是修复DNA断裂的主要途径 。 如果细胞的DNA同源重组功能缺陷，则会导致基因缺失，人类就可能面临各类疾病 。 ”
2月24日，孔道春课题组在《细胞》在线发表论文，发现一个DNA同源重组过程必需的中间体——RNA-DNA hybrid，及一个必需因子——RNA聚合酶III 。 该研究揭示了DNA同源重组的关键机制，进一步的研究将“有望极大推进解决癌症治疗等方面的问题 。 ”
未解谜题
DNA同源重组是个基本生物事件，是生命体的必须过程 。 它在细胞生长、减数分裂、配子形成、物种进化、DNA双链断裂修复、基因组稳定性维持等多方面起着重要作用 。
“如果没有这一过程，或是重组过程中出现问题，就不会形成精子、卵子、花粉、配子等，高等生命体的传承会出现极大问题 。 ” 孔道春说，“同源重组也是DNA双链断裂修复的两大途径之一 。 如果断链不能修复，细胞可能会死掉，即使它在某些条件下能重新接起来，也会导致基因改变、缺失、不稳定，从而引发各类疾病 。 ”
“DNA双链断裂是引发癌症的一个重要原因 。 ” 该论文共同第一作者刘思杰博士告诉《中国科学报》 。 “30年前人们就发现，如果两个基因（BRCA1、BRCA 2）出现问题，80%的女士40岁后，会患乳腺癌、卵巢癌 。 ”
DNA同源重组由三大步骤组成：一是相关核酸酶对DNA双链断裂处进行5’-链降解，切除数千个核苷酸，导致3’-单链DNA形成 。 二是3’-单链DNA入侵同源DNA模板链，并作为引物进行DNA合成及链交换反应，导致Holliday Junction （HJ）结构形成 。 三是相关核酸酶解开HJ结构，并最终完成DNA同源重组过程 。
在DNA同源重组领域，有个关键问题一直“搞不定”：细胞是如何切除末端5’-链的几千个核苷酸，同时又保证3’-链的绝对完整 。
“过去几十年，一个被普遍接受的观点是：3’-单链是通过RPA蛋白的结合来保护的 。 ”孔道春说，“但此观点缺乏确切的实验证据 。 ”
发现“中间体”
孔道春认为，用蛋白结合的方式来保护几千个核苷酸长度的单链DNA不受核酸酶攻击，“从理论上说可能性非常小 。 ”
“蛋白与3’-单链的结合无法早于核酸酶攻击，几千个核苷酸长度上，核苷酸难以被蛋白完全覆盖而不留任何被攻击的空隙 。 客观上，蛋白结合到DNA上并不恒定，存在‘结合—脱离—再结合’的可能 。 一旦蛋白脱离DNA, 核酸酶就有机会攻击DNA 。 ”孔道春说，“因此，细胞必定有其他机制来保护DNA断裂处的3’-单链DNA 。 ”
“我们发现3’-单链DNA是通过形成暂时的RNA-DNA杂交链得到保护，RNA聚合酶III催化了RNA链的合成 。 如果阻止此处RNA合成，则DNA同源重组终止，并造成基因缺失 。 ”刘思杰说 。
该课题组发现，RNA聚合酶III是同源重组的一个必需因子，RNA-DNA杂交链是DNA同源重组事件的一个必需中间体 。
“这个中间体一旦被发现，一系列问题将迎刃而解 。 ”孔道春解释说，“RNA-DNA杂交链中间体的发现，能推进真核细胞DNA同源重组领域的发展，将人们对DNA同源重组事件分子机制的理解推到一个新层次 。 ”
揭示关键机制
人类一直在与各类疾病斗争，目前全球有上千个实验室在进行DNA重组与双链DNA断裂修复方面的研究 。 但遗憾的是，“纯机制”方面的研究是块“硬骨头”，人们在这方面的认识不足，在一些重大疾病和某些先天缺陷疾病治疗方面，手段依然有限 。
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