ATP 依赖性DNA连接酶 I
LIG1 在复制叉上起作用，在滞后链 DNA 的复制过程中连接冈崎片段。LIG1 还与核苷酸切除修复和碱基切除修复的长补丁形式有关（Harrison 等人的总结，2002 年）。
▼ 克隆与表达
增殖哺乳动物细胞中的主要 DNA 连接酶活性归因于高分子量酶 DNA 连接酶 I。来自 Jurkat T 淋巴细胞 cDNA 文库，Barnes 等人（1990）通过酿酒酵母 cdc9 突变的功能互补和与对应于纯化牛酶肽序列的寡核苷酸探针杂交，克隆了 DNA 连接酶 I。克隆序列与 mRNA 和基因组 DNA 之间的杂交表明人类酶是从单拷贝基因转录而来的。推导的 919 个氨基酸蛋白质的预测分子量为 102 kD。Northern印迹分析检测到一个3.2-kb的转录本。SDS-PAGE 检测到表观分子量为 125 kD 的 DNA 连接酶 I。
铃木等人（2002）报道 LIG1 是一种跨膜糖蛋白，细胞外区域由富含亮氨酸的重复序列和免疫球蛋白样结构域组成。他们指出 LIG1 主要在神经组织中表达。原位杂交检测到小鼠 Lig1 在皮肤中的表达，主要在毛囊的上部，在表皮的基底细胞中表达较弱。
▼ 基因结构
诺吉兹等人（1992）证明 LIG1 基因有 28 个外显子，跨越 53 kb 的基因组 DNA。第一个外显子是未翻译的，使用 GC 二核苷酸代替经典的 GT 剪接供体。5-prime 侧翼区域缺少 TATA 框并且富含 GC，这是“看家”基因的特征。与编码其他 DNA 复制酶（如 DNA 聚合酶 α（ 312040 ））的基因启动子一样，LIG1 基因的 5 级侧翼区域包含几种转录因子的识别元件，这些转录因子可能介导静止细胞中响应于生长因子。
Lindahl 和 Barnes（1992）对哺乳动物 DNA 连接酶进行了广泛的回顾。
▼ 测绘
巴恩斯等人（1990）通过与保留人类染色体子集的充分表征的啮齿动物-人类体细胞杂交体的 DNA 杂交，将 DNA 连接酶 I 基因定位到 19 号染色体。通过对啮齿动物-人类体细胞杂交体的分析和 2 色荧光原位杂交（FISH），Barnes 等人（1992）将 LIG1 基因分配给 19q13.2-q13.3，并证明它位于 ERCC1 的远端（ 126380 ）。通过 FISH，Trask 等人（1993）将 LIG1 基因分配给 19q13.2-q13.3。
Gariboldi 等人使用种间杂交的映射面板（1995）将 Lig1 基因定位到小鼠 7 号染色体的着丝粒部分，该区域与人类 19q 同源。
▼ 基因功能
通过免疫组织化学分析，Suzuki 等人（2002）发现与正常人皮肤相比，人银屑病病变中的 LIG1 表达下调，这与 Lig1 -/- 小鼠的发现一致（参见动物模型）。
索萨等人（2009）报道 LIG1 在细胞周期中 N 端调节域内的 4 个丝氨酸上以精确的时间顺序逐渐磷酸化，LIG1 在 M 期过度磷酸化。他们发现，在转染的 COS-7 细胞中，用拟磷酸化天冬氨酸替代 4 种丝氨酸会削弱 LIG1 与复制因子的结合。它还改变了细胞骨架的细胞形态和组织。
人类 LIG1 在 DNA 复制过程中加入冈崎片段，并通过与 RFC 的相互作用完成切除修复（见102579）。彭等人（2012）发现 LIG1 在 ser51 处的磷酸化调节 LIG1 和 RFC 之间的相互作用。带有拟磷酸化 asp51 的 LIG1，但不带有非磷酸化 ala51，证明在结合纯化的 RFC 方面存在缺陷，增加了自发性 DNA 损伤和 CHK2（CHEK2；604373）的磷酸化，并导致细胞衰老。
▼ 生化特征
晶体结构
帕斯卡等人（2004）报道了人类 DNA 连接酶 I（残基 233-919）与带切口的 5-prime 腺苷酸化 DNA 中间体复合的晶体结构。该结构表明酶重新引导双螺旋的路径以暴露用于链连接反应的切口末端。它还揭示了哺乳动物连接酶的一个独特特征：一个 DNA 结合域，允许连接酶 I 环绕其 DNA 底物，将 DNA 稳定在扭曲的结构中，并将催化核心定位在切口上。帕斯卡等人（2004）提出，DNA 连接酶 I 和增殖细胞核抗原滑动钳的环形形状和尺寸的相似性表明存在广泛的蛋白质 - 蛋白质界面，可以协调冈崎片段的连接。
▼ 分子遗传学
有人提出，DNA 连接酶 I 基因的缺陷是 Bloom 综合征（ 210900 ）的主要代谢缺陷的原因。Barnes 等通过筛选 4 例 Bloom 综合征患者的 LIG1 基因编码序列（1992）没有发现突变。然而，在称为 46BR 的细胞系中，他们检测到 2 个错义突变，即 glu566-to-lys 等位基因（E566K；126391.0001）和 arg771-to-trp 等位基因（R771W; 126391.0002 ），发生在 LIG1 基因的不同等位基因中。
▼ 动物模型
尽管据报道 DNA 连接酶 I 对细胞活力至关重要，但Bentley 等人（1996）表明缺乏 DNA 连接酶 I 的细胞实际上是有活力的。在胚胎干（ES） 细胞中使用基因靶向，他们生产了 DNA 连接酶 I 缺陷型小鼠。胚胎正常发育到中期，此时造血功能通常会转移到胎儿肝脏。因此，尽管肝脏中存在红细胞定向祖细胞，但仍发生了急性贫血，并且胚胎死亡。因此，宾利等人（1996）得出结论，DNA 连接酶 I 是正常发育所必需的，但不是复制所必需的。他们提出，哺乳动物 DNA 连接酶之间一定存在先前未曾预料到的冗余。
本特利等人（2002）发现注射 Lig1 -/- 造血细胞可以拯救被致命辐射的野生型小鼠，尽管被拯救的动物是贫血的，有大红细胞症和网织红细胞增多症。在培养中，Lig1 -/- 小鼠胚胎成纤维细胞（MEF） 比野生型增殖更慢，并积累了 DNA 复制中间体。然而，Lig1 -/- MEFs 显示出正常的姐妹染色单体交换和核苷酸切除修复，以及由烷基化和电离辐射引起的 DNA 损伤的修复。
铃木等人（2002）发现 Lig1 -/- 小鼠以预期的孟德尔比率出生，并表现出正常的生长、行为和生育能力。然而，在出生后 3 周至 4 个月大时，Lig1 -/- 小鼠的尾部和面部区域出现银屑病样表皮变化，但躯干没有。用普通抗银屑病药物治疗可以逆转表皮变化。
使用基因打靶，Harrison 等人（2002）为在患者 46BR 的 1 个等位基因中发现的 R771W 替代（ 126391.0002 ）创造了纯合子小鼠。纯合 R771W 小鼠发育正常并且非常健康。从 5 周大开始，它们的生长速度比野生型慢，尽管它们最终达到了正常的成熟体重。作为年轻的动物，R771W 小鼠脾脏增大，S 期细胞频率升高，未成熟网织红细胞过早释放到循环中的频率增加。这些表型在 5 周龄时消退。在突变的骨髓中偶尔会发现 DNA 复制失败。随着年龄的增长，R771W 小鼠的自发性和多种上皮肿瘤的发生率增加，包括罕见的皮肤附件肿瘤。
▼ 等位基因变体（ 2 精选示例）：
.0001 重新分类 - 意义未知的变体
LIG1, GLU566LYS
这种变体，以前称为 DNA LIGASE I DEFICIENCY，已被重新分类，因为它对特定表型的贡献尚未得到证实。
韦伯斯特等人（1982）描述了一种免疫缺陷综合征和细胞对 DNA 损伤剂的敏感性增加。该患者对阳光敏感且生长迟缓，并在 19 岁时死于淋巴瘤（Webster 等，1992 年）。发展里程碑被推迟；她能够在 2 岁时坐下，直到 3 岁时才能走路或括约肌控制正常。复发性中耳和胸部感染导致听力不佳和支气管扩张。第二性征在青春期没有发育。17岁时，她的皮肤出现静脉扩张斑块，主要是四肢。球结膜也有一些毛细血管扩张。照片显示先证者在 14 岁时身高不到 130 厘米（Webster 等，1992）。Barnes 等人展示了来自该患者的细胞系，称为 46BR（1992）在 DNA 连接酶 I 基因的不同等位基因中包含 2 个错义突变，即患者是复合杂合子。一个等位基因显示赖氨酸被谷氨酸 566（E566K） 取代，推测来自已故父亲，因为另一个等位基因携带 arg771 到 trp 突变（R771W；126391.0002），该突变也存在于死者的母亲中。先证者。培养的成纤维细胞在 DNA 复制过程中表现出冈崎片段的延迟连接和对各种 DNA 损伤剂的超敏反应。巴恩斯等人（1992）据报道，E566 在人 LIG1 和微生物 DNA 连接酶之间高度保守。他们发现 E566K 突变激活了该酶，可能是因为它靠近催化性 lys568 残基。
.0002 重新分类 - 意义未知的变体
LIG1, ARG771TRP
这种变体，以前称为 DNA LIGASE I DEFICIENCY，已被重新分类，因为它对特定表型的贡献尚未得到证实。
在一种称为 46BR 的细胞系中，来自表现出免疫缺陷、生长迟缓和阳光敏感性的患者，Barnes 等人（1992）检测到 2 个错义突变，glu566 到 lys 等位基因（E566K；126391.0001）和 arg771 到 trp 等位基因（R771W），发生在 LIG1 基因的不同等位基因中。有关46BR患者中这些突变的更多信息，请参阅126391.0001。
通过 DNA 测序，Barnes 等人（1992）确定源自 46BR 成纤维细胞的 SV40 转化细胞，称为 46BR.1G1 细胞，失去了失活的 E566K 突变，对于 R771W 突变是纯合子或半合子。46BR.1G1 细胞比原代亲本 46BR 细胞系生长得更旺盛。然而，与 SV40 转化的正常人成纤维细胞相比，在 ATP 存在下由 46BR.1G1 成纤维细胞形成的 LIG1-腺苷酸中间体的量减少。
索萨等人（2009）发现 46BR.1G1 细胞表现出 DNA 复制中间体的成熟缺陷，并积累了单链和双链 DNA 断裂。该过程伴随着 H2AX（H2AFX; 601772 ） 组蛋白的磷酸化和标记受损 DNA 的磷酸化 H2AX 病灶的形成。然而，46BR.1G1 细胞没有激活 S 期检查点，因此进入一个新的细胞周期，DNA 断裂，细胞周期进程仅适度延迟。
