Pol θ
DNA 聚合酶 $\theta$（DNA Polymerase Theta，简称 Pol $\theta$ 或 POLQ）是一种在真核生物中高度保守的 A 家族 DNA 聚合酶，也是MMEJ（微同源介导末端连接）修复通路中不可或缺的核心酶。
Pol $\theta$ 在结构上独一无二，它同时拥有 N 端解旋酶结构域和 C 端聚合酶结构域。它主要负责在 DNA 双链断裂 (DSB) 处促进微同源序列的退火，并进行易错的延伸连接。在正常体细胞中 Pol $\theta$ 表达量极低，但在多种癌症中显著高表达，且与同源重组修复 (HR) 缺陷（如 BRCA1/2 突变）存在显著的合成致死效应，因此被视为继 PARP抑制剂 之后最有潜力的广谱抗癌靶点之一。
分子机制：双剑合璧
Pol $\theta$ 是真核生物中唯一同时具有解旋酶和聚合酶活性的 DNA 聚合酶，这使得它能够独立完成 MMEJ 的关键步骤：
- 1. 抓住末端 (Tethering)： N 端的解旋酶样结构域（Helicase-like domain）具有 ATP 酶活性，它能抓住 ssDNA 末端，并在没有长同源序列的情况下，将两个断裂的 DNA 末端拉在一起。
- 2. 微同源退火 (Annealing)： Pol $\theta$ 能够稳定极短的（2-6 bp）微同源碱基配对，这是其他聚合酶无法做到的。
- 3. 易错延伸 (Promiscuous Extension)： C 端的聚合酶结构域保真度极低（Low Fidelity）。它不仅能从微同源区开始延伸，还经常发生模板滑移，或者随机抓取周围的序列片段作为模板（Templated Insertions），从而在修复位点留下特征性的“突变疤痕”。
- 4. 抗重组活性： Pol $\theta$ 还能主动置换 RAD51 蛋白，从而抑制高保真的 同源重组 (HR) 修复，迫使细胞选择易错的 MMEJ。
合成致死：BRCA 的克星
Pol $\theta$ 是合成致死策略的理想靶点，其逻辑比 PARP 抑制剂更为直接和专一。
| 细胞类型 | 修复机制状况 | 抑制 Pol $\theta$ 的后果 |
|---|---|---|
| 正常细胞 | 拥有完整的 HR (BRCA通路) 和 NHEJ。Pol $\theta$ 表达极低，基本闲置。 | 无毒性。细胞仍可通过 HR 或 NHEJ 高效修复 DNA 断裂。 |
| BRCA 缺陷肿瘤 | HR 通路瘫痪。细胞产生代偿机制，高度依赖 Pol $\theta$ 介导的 MMEJ 来维持基因组完整性。 | 细胞死亡。修复通路的“备胎”也被切断，基因组灾难性崩溃。 |
药物进展： 针对 Pol $\theta$ 聚合酶活性位点的抑制剂（如 ART558, Novobiocin）正在进行临床前或早期临床研究，有望解决 PARP 抑制剂耐药的问题。
基因编辑：随机插入的元凶
- CRISPR 诱导的插入： 虽然 CRISPR-Cas9 主要通过 NHEJ 产生缺失，但有时会出现意想不到的小片段插入 (Insertion)。研究证实，这些插入往往是由 Pol $\theta$ 介导的，它会抓取切割位点附近的 DNA 序列进行“乱序”合成。
- TMEJ 策略： 在基因编辑设计中，如果希望实现特定长度的缺失，可以通过在切割位点设计微同源序列，主动招募 Pol $\theta$ 进行修复，从而实现可预测的编辑结果。
学术参考文献 [Academic Review]
[1] Wood RD, Doublié S. (2016). DNA polymerase $\theta$ (POLQ), double-strand break repair, and cancer. DNA Repair.
[点评]：综述了 Pol $\theta$ 的结构特征及其在癌症生物学中作为“备用修复系统”的作用。
[2] Mateos-Gomez PA, et al. (2015). Mammalian polymerase $\theta$ promotes alternative NHEJ and suppresses recombination. Nature.
[点评]：里程碑论文。揭示了 Pol $\theta$ 的双重功能：既促进 MMEJ，又通过置换 RAD51 抑制 HR，从而解释了其在基因组不稳定性中的关键角色。
[3] Zhou J, et al. (2021). Artios Pharma's Pol $\theta$ inhibitor ART558 targets synthetic lethality in BRCA-deficient cancers. Nature Communications.
[点评]：报道了首个强效、选择性的 Pol $\theta$ 小分子抑制剂 ART558，验证了其在体内外的合成致死活性。