核酸外切酶1； EXO1
- 核酸外切酶 1，酿酒酵母，
- HEX1的同源物
HGNC 批准的基因符号：EXO1
细胞遗传学位置：1q43 基因组坐标（GRCh38）：1:241,847,986-241,889,939（来自 NCBI）
▼ 描述
由于 DNA 修复系统的存在，正常细胞的突变率较低，其中核酸外切酶、核酸内切酶和解旋酶切除并替换不匹配的片段。EXO1 是 RAD2（133530） 核酸酶家族的成员，在 DNA 复制、修复和重组中发挥作用。
▼ 克隆和表达
通过在 EST 数据库中搜索酵母 Exo1 基因的同源物，Wilson 等人（1998） 鉴定了编码人类 EXO1 的 cDNA，他们将其命名为 HEX1。序列分析预测，由 803 个氨基酸组成的人类蛋白与酵母蛋白有 26% 的同一性，包含 2 个潜在的核定位信号，一个位于其中心区域，另一个位于其 C 末端区域。Northern 印迹分析显示，大约 4.0 kb 的转录物在胎儿肝脏和成人骨髓中高表达，而在其他组织中表达水平较低，这表明 EXO1 可能在干细胞分化过程中发生的 DNA 代谢过程中发挥重要作用。
施穆特等人（1998） 克隆了 EXO1，他们预测 EXO1 编码 846 个氨基酸的蛋白质。
蒂什科夫等人（1998） 克隆了 EXO1，并表明它编码 2 个剪接变体，EXO1A 和 EXO1B，它们共享前 802 个残基，并分别具有 1 和 44 个氨基酸的 C 端延伸。Northern 印迹分析检测到 3.0 kb 转录物的广泛表达，在睾丸中表达显着较高，在胸腺、结肠和胎盘中表达升高。
▼ 基因结构
通过基因组序列分析，Wilson 等人（1998） 确定 EXO1 基因包含 1 个非翻译外显子，随后是 13 个翻译外显子，跨度为 42 kb。
▼ 测绘
：FISH、Wilson 等人（1998） 将 EXO1 基因定位到染色体 1q42-q43。
▼ 基因功能
Wilson 等人的功能分析（1998） 指出 EXO1 具有 5 素数至 3 素数极性的核酸外切酶活性。
Schmutte 等人使用 GST 下拉分析（1998） 确定 EXO1 与 MSH2（609309） 相互作用，后者与家族性非息肉病性结肠癌的易感性有关。
Qiu 等人使用体内测定（1999） 表明 EXO1 在直接 DNA 重复片段的重组、紫外线抵抗和突变避免方面与酵母 Exo1 功能互补。他们还确定 EXO1 抑制 Rad27（参见 FEN1；600393）缺失突变体的条件致死率。
李等人（2002） 发现 EXO1 的核酸酶活性受到底物 DNA 内脱碱基损伤的阻碍，并且 5-prime 末端脱碱基残基使核酸酶效率降低了 2 倍。带有 5 素磷酸基团的 DNA 底物可刺激降解 10 倍。定点诱变揭示 asp78、asp173 和 asp225 对于 EXO1 核酸酶功能至关重要。羟基自由基足迹表明 EXO1 主要沿着接合处下游的瓣 DNA 小沟结合。李等人（2002） 提出单链 DNA 结构被蛋白质的螺旋弓挤压，并且不穿过这个关键的识别环。
根舍尔等人（2002） 发现 EXO1 参与由位于错配 5 素数或 3 素数的链断裂引导的错配引起的切除。当断裂位于错配的 3 个质数处时，EXO1 需要 MutS-α（参见 MSH6；600678）和 MutL-α（参见 MLH3；604395）进行修复。当通过 5 素链断裂进行切除时，EXO1 仅需要 MutS-α。
夏尔马等人（2003） 证明维尔纳综合征蛋白（WRN; 604611） 与 EXO1 发生物理相互作用，并显着刺激 EXO1 的核酸外切和核酸内切切割功能。WRN 的瓣核酸内切酶 1（FEN1; 600393） 相互作用域介导 WRN 和 EXO1 之间的功能相互作用。
汤普森等人（2004） 报道的研究表明 EXO1 基因与遗传性非息肉病性结直肠癌无关（参见 120435）。
Mimitou 和 Symington（2008） 证明酵母 Exo1 核酸酶和 Sgs1 解旋酶（参见 604611）在双链断裂（DSB） 加工的替代途径中发挥作用。新的、部分切除的中间体，其最初的产生依赖于 Sae2（见 604124），在缺乏 Exo1 和 Sgs1 的酵母中积累，并且是同源重组的不良底物。当 Sae2 缺失时，除了 Exo1 和 Sgs1 之外，同源依赖性修复失败并且未处理的 DSB 积累。Mimitou 和 Symington（2008） 得出结论，同源重组期间 DSB 处理有一个两步机制，其中 Mre11 复合体（参见 600814）和 Sae2 从 DNA 末端去除一个小寡核苷酸，形成早期中间体，
加西亚等人（2011） 使用酿酒酵母揭示了 Mre11 核酸外切酶在体内切除 Spo11（605114） 连接的 5-prime DNA 末端过程中的作用。他们表明，在 Exo1 突变细胞中观察到的残留切除依赖于 Mre11，并且这两种核酸外切酶活性都是有效双链断裂修复所必需的。先前的工作表明切除是单向横贯的。Garcia 等人结合使用物理测定法进行 5 素末端处理（2011）观察结果表明涉及双向切除的替代机制。首先，Mre11 在要切除的链上切下距离双链断裂的 5-prime 末端最多 300 个核苷酸的切口，比之前假设的距离远得多。其次，这个切口能够以双向方式进行切除，在远离双链断裂的5素数到3素数方向上使用Exo1，并在朝向双链断裂末端的3素数到5素数方向上使用Mre11。Mre11 核酸外切酶活性还赋予循环细胞对 DNA 损伤的抵抗力，这表明 Mre11 催化的切除可能是各种 DNA 修复途径的普遍特征。
卡纳沃等人（2020） 表明，人 MutS-γ（MSH4（602105） 和 MSH5（603382） 的复合物，支持交叉）结合分支重组中间体，并与 MutL-γ（MLH1（120436） 和 MLH3 的复合物）结合，稳定联合分子结构和相邻双链 DNA 处的整体。MutS-γ 直接刺激 MutL-γ 核酸内切酶对 DNA 进行切割。EXO1 进一步刺激 MutL-γ 活性，但仅当 MutS-γ 存在时才有效。复制因子 C（RFC；参见 102579）和增殖细胞核抗原（PCNA；176740）是核酸酶整体的附加成分，从而触发交叉。MutL-γ 不能与 Pcna 相互作用的酿酒酵母菌株在形成交换方面存在缺陷。MutL-γ-MutS-γ-EXO1-RFC-PCNA 核酸酶整体优先使用霍利迪连接体切割 DNA，但它没有表现出典型的拆分酶活性。相反，数据表明，核酸酶整体通过在连接点附近的双链 DNA 上产生切口来处理减数分裂重组中间体。作者提出，由于 MutL-γ 造成的 DNA 切口取决于其辅助因子，MutS-γ 和 RFC-PCNA 在减数分裂重组中间体上的不对称分布可能会导致 DNA 裂解的偏差。他们认为，这种 MutL-γ 核酸酶激活模式可以解释减数分裂染色体中霍利迪连接或其前体的交叉特异性加工。数据表明，核酸酶整体通过在连接点附近的双链 DNA 上产生切口来处理减数分裂重组中间体。作者提出，由于 MutL-γ 造成的 DNA 切口取决于其辅助因子，MutS-γ 和 RFC-PCNA 在减数分裂重组中间体上的不对称分布可能会导致 DNA 裂解的偏差。他们认为，这种 MutL-γ 核酸酶激活模式可以解释减数分裂染色体中霍利迪连接或其前体的交叉特异性加工。数据表明，核酸酶整体通过在连接点附近的双链 DNA 上产生切口来处理减数分裂重组中间体。作者提出，由于 MutL-γ 造成的 DNA 切口取决于其辅助因子，MutS-γ 和 RFC-PCNA 在减数分裂重组中间体上的不对称分布可能会导致 DNA 裂解的偏差。他们认为，这种 MutL-γ 核酸酶激活模式可以解释减数分裂染色体中霍利迪连接或其前体的交叉特异性加工。
库尔卡尼等人孤立地（2020） 表明 PCNA 对于交叉偏倚解析非常重要。人类酶的体外测定表明 PCNA 和 RFC 足以激活 MutL-γ 核酸内切酶。MutL-γ 进一步受到前交叉因子 EXO1 和 MutS-γ 的共依赖性活性的刺激，后者与霍利迪连接体结合。作者发现 MutL-γ 还结合各种分支 DNA，包括霍利迪连接点，但它没有表现出典型的拆分酶活性，这表明核酸内切酶切割邻近连接分支点以实现拆分。在体内，Rfc 促进出芽酵母中 MutL-γ 依赖性交换。此外，Pcna 定位于沿突触染色体的预期交叉位点。库尔卡尼等人。
▼ 分子遗传学
关联有待确认
罗等人（2020） 研究了 50 名患有卵巢早衰的中国女性（参见 POF1, 311360），她们没有自然月经，血清 FSH 升高（参见 136530），雌二醇水平较低，超声检查未见卵泡。通过全外显子组测序，他们发现一名 34 岁女性（患者 2）的 EXO1 基因（T52S）存在潜在致病性错义突变，而在 200 名中国女性对照中未发现该突变。芽殖酵母实验表明，T52S 变体损害了减数分裂过程，对转染 HEK293 细胞的分析表明，与野生型 EXO1 相比，该突变体对 DNA 双链断裂的同源重组修复效率受损。
▼ 动物模型
魏等人（2003） 发现 Exo1-null 小鼠的存活率降低并且对淋巴瘤的易感性增加。纯合突变雄性和雌性小鼠由于减数分裂缺陷而无法生育。突变动物的减数分裂经历前期 I；然而，染色体在中期 I 期间表现出交叉的动态丢失，导致减数分裂失败和细胞凋亡。在细胞水平上，Exo1 是修复 5 素和 3 素切口定向修复中碱基：碱基和单碱基插入/缺失不匹配所必需的。Exo1 缺失细胞中的修复缺陷还导致单核苷酸重复标记处的微卫星不稳定性升高，以及 Hprt（308000） 基因座的突变率显着增加。魏等人。
巴德韦尔等人（2004） 表明，缺乏 Exo1 外显子 6 的小鼠表现出错配修复（MMR） 缺陷，并且体液抗体反应有缺陷。他们提出Exo1可能参与了免疫球蛋白基因的体细胞超突变和类别转换重组。Exo1 突变小鼠中的缺陷与 Msh2 突变小鼠所表现出的 MMR 缺陷相似，Exo1 与 Msh2 发生相互作用。染色质免疫沉淀分析表明，Exo1 以及 Mlh1 在伯基特淋巴瘤细胞系中与突变的 V 区发生物理相互作用，但不与 C 区发生相互作用。
