細胞受傷後，如何重新找回自己？
當細胞遇到 DNA damage 的時候，是繼續複製 DNA（比如對 S 期細胞而言），還是暫停 DNA 複製和轉錄，等到 DNA 修復了以後然後繼續工作呢？這就好比一個工廠（比如印錢廠，假設存在）正在生產產品，然後突然來了打劫的，這個時候你肯定得停下來吧，等他們打劫完了或者幹掉那些打劫的，然後繼續工作。但是問題是，在細胞裡面，一旦出現 DNA damage 導致 DNA 複製或者 DNA 轉錄出現問題，需要蛋白質來修復 DNA，而蛋白質又是 DNA 的末端產物，這就很為難了。於是我們的場景可以轉變一下，這個時候不是印錢廠，而是製造槍械的廠，但匪徒來打劫的時候，你本來需要你生成的產品——槍械把匪徒幹掉，可是這個時候你的生產線已經被中斷了，這個時候怎麼辦呢？只能用你之前保存的槍械來對抗匪徒，在細胞裡面，就是細胞利用此前已經合成的 DNA repair 相關蛋白對 DNA 進行修復。
但是我們假設的場景還是不夠逼真，因為 DNA damage 跟這裡的匪徒有很大差別。DNA damage 有很多種形式，比如 UV 照射，離子輻射或者藥物處理，但一個共同屬性就是「肇事逃逸（hit-and-run）」，比如 UV 照射後，產生了 DNA damage，但是 UV 早就不見了。因此我們的場景需要繼續優化調整，比如一個生成鋼鐵廠正在生成鋼鐵，然後呢，突然一個遠程導彈射過來（想起來近期敘利亞的戰事），炸了幾條生產線，這個時候生產被迫中斷，但問題是，修復生產線還需要生產線本身生產的產品——鋼材。現實生活中，這個時候鋼材廠可以通過向外部購買鋼材，但是這對於細胞來說比較困難，細胞有細胞膜，是個相對封閉的空間，目前好像沒有看到當一個細胞受到損傷後通過借用周圍細胞的物質為己用的，在體外培養環境中可能比較困難，但是在多細胞的生物體中，細胞間的信息和物質傳遞應該是存在的，但是目前這可能還是一塊空白，國際上有個十分宏大的「人類細胞圖譜計劃（Human Cell Atlas Project）」，這一計劃的開展或許會揭開部分謎底。回到故事本身，當生產線遭到破壞的時候，工廠可以利用自己儲備的鋼材重建生產線。另一種極端情況，就是當生產線遭到毀滅性破壞時，政府會捨棄這個工廠，正如多細胞生物會捨棄掉這個細胞一樣，這時候細胞進入凋亡程序。
回到科學問題，就是當細胞遇到 DNA damage 時，根據我們的常識，它還是要暫停轉錄程序的，這個問題還真的挺重要的，目前這一點基本已經達成共識，有個概念叫「DNA 損傷誘導的轉錄暫停（DNA damage-induced transcription arrest）」說的就是這件事。在機制方面，細胞裡面 mRNA 轉錄是由 RNAPII 介導的，DNA damage 後，有多種方式導致轉錄暫停，比如 RNAPII 通過蛋白酶體途徑降解。
另一個非常重要的問題是，一旦問題被解決了，工廠該怎麼繼續生產，細胞該如何繼續轉錄。我們人體有 200 多種細胞，細胞類型差異的一個非常重要的體現就是基因表達模式（pattern）的差異，一個細胞的正常程序被暫停一段時間後，她要修改劇本還是按照原計划進行呢？哇，突然頓悟，細胞是有預案的，就是這個劇本本身其實也包含了「一旦出現 DNA damage，我該如何應對，應對結束後我該如何恢復正常工作」這一章節的。因為我們看到，比如你用 UV 照射 Hela 細胞後，她會進行 DNA 修復，但是修復後她依然是 Hela 細胞，沒有變成 293T 呀！
關於細胞在遭遇 DNA damage 後如何重啟轉錄程序這一重要問題，這裡分享一下 2013 年的一篇Cell。
文章的作者來自大名鼎鼎的居里研究所，而且作者只有三個人，可以說十分罕見了。
這篇文章發現，細胞在經受 DNA damage 後，重新啟動轉錄程序需要組蛋白 H3.3 的伴侶蛋白 HIRA 的參與。文章的標題中有個單詞的含義十分豐富，就是「priming」，這個詞來源於其動詞形式 prime [pra?m]，prime 可作為及物動詞和非及物動詞，基本含義是「做準備」，其衍生的形容詞 primed 表示「蓄勢待發的」，priming 表示「為……做準備」。因此這個標題可以理解為，要重新啟動細胞的轉錄程序，首先需要 H3.3 的伴侶分子 HIRA 的作用，讓染色質做好重新轉錄的準備。
我們直接上模式圖。
正在轉錄的細胞機器遇到 DNA damage 後，DNA damage 位點附近的組蛋白降解掉，轉錄暫停。如果細胞想要恢復生產，首先需要 HIRA 將新合成的 H3.3 放置到 DNA damage 位點附近，放置好了之後，隨後才是損傷的 DNA 進行修復，修復好了以後，然後才能重新啟動轉錄程序。
這篇文章並不是神來之筆，之前已經有文章報道 CAF-1 和 HIRA 參與 DNA 損傷修復，但是具體的機制還不清楚。文章首先通過敲低 CAF-1 的 p60 亞基和 HIRA，發現 p60 敲低後的細胞可以恢復正常的轉錄，而 HIRA 敲低後，不能恢復正常的轉錄。這也是可以理解的，正常情況下你給一定的刺激，經過一定的時間細胞是可以恢復的，但是你要是釜底抽薪，那細胞就沒救了。關鍵是看你抽的是哪一根「薪」，很顯然，HIRA 就是這根「薪」。
紅色熒光表示的是新生的 RNA。在 DNA damage 後，2h 轉錄暫停最顯著，24h 可以恢復原來的轉錄水平。這裡的 siLUC 是陰性對照，敲低後對細胞恢復轉錄沒有影響。敲低 CAF-1 的亞基 p60 後也可以正常恢復轉錄程序；敲低 HIRA 後，細胞的轉錄暫停不受影響，但是 24h 後（DNA damage 修復後），不能恢復正常的轉錄程序了。這裡的 ERCC6 是陽性對照，它本身就是負責 DNA 損傷修復的，敲低它以後肯定是無法恢復正常轉錄的。因此，這裡鑒定出了關鍵的研究對象 HIRA。
但是還有個問題，就是 HIRA 本身是否會影響 DNA damage 的修復。DNA 損傷響應（DNA damage response，DDR）可以細分為幾個過程，DNA damage 識別和 DNA damage 修復。此外，在 DNA damage 修復後，如何重新啟動原來的轉錄程序。通過進一步分析發現，HIRA 並不影響 DNA damage 的修復，只專一性地負責 DNA damage 後的轉錄重啟。
在 DNA damage 後，會產生環丁烷嘧啶二聚體（CPD），細胞會竭盡全力清除這些 CPD，因此清除 CPD 是 DNA 損傷修復的一種直接體現。可以看到，即使 HIRA 被敲低後，在 24h CPD 的清除也跟對照組沒有差異。
DNA 修復過程中，需要招募 XPB 蛋白到 UV 照射的位點。這個局部 UV 照射的實驗非常有創意了。可以看到，UV 局部照射後，CPD 會產生，說明發生了 DNA damage；當 HIRA 敲低後，XPB 可以被正常招募到損傷位點，進一步說明 HIRA 並不影響 DNA damage 修復。敲低 XPC 和 XPG 的是對照組，它們敲低後，XPB 無法招募到損傷位點的。
進一步通過熒光分析發現，HIRA 複合物的眾多亞單元都可以被招募到損失位點。就像街上發生打架一樣，很多人聚到一起，當事人在現場，有圍觀的吃瓜群眾，還有來辦案的警察。基本邏輯是，細胞很不一樣，經過長時間的進化，沒有實際作用的「吃瓜群眾」被淘汰了，凡是來到案發現場的，都是要執行功能的。
HIRA 最核心的功能就是將 H3.3 放置到染色體中，因此 HIRA 對 DNA damage 的響應是否也依賴於它將 H3.3 放置到 DNA damage 位點呢？通過一系列的熒游標記，答案是肯定的。新合成的 H3.3 也被放置在 DNA damage 位點。下一個問題是，HIRA 這種操作的生物學功能是什麼呢？其實前面的現象已經發現了 HIRA 是負責 DNA damage 後轉錄重啟的，現在只需要把故事講完整就可以啦。核心的思路是，哪個事件先發生，哪個事件後發生，先發生的事件跟後發生的事件有什麼關係。具體的做法小夥伴們參見文獻啦。
最後說一下，公眾號好久沒有更新了。這就像本文的核心主題一樣，雖然轉錄中斷了，但是細胞恢復轉錄的時候，並沒有丟失自己。哈哈！玩笑而已，實際情況是，最近實驗非常多，確實比較忙，生物醫學狗應該都懂得的。還有一點考慮，目前解讀各種最新科研進展的平台實在太多了，既然大家都講新的文章，我就講點舊的文章吧。新的文章有新的文章的講法，舊的文章有舊的文章的講法（先自己思考問題，然後找文獻回答），但是有趣最重要了。做實驗本身就很累了，如果寫點東西還很累，那確實很難堅持的。
日常生活中的很多場景其實與細胞裡面的各種事件非常相似，用生活的哲學去理解細胞的分子機制，或許也是一種有意思的策略。
