HR
同源重组（Homologous Recombination，HR）是细胞内修复 DNA 双链断裂 (DSB) 的一种高保真（High-fidelity）机制。与简单粗暴的 NHEJ 不同，HR 必须利用一条未受损的同源 DNA 序列（通常是姐妹染色单体）作为模板，通过链入侵和延伸，精确恢复丢失的遗传信息。
由于依赖姐妹染色单体，HR 主要发生在细胞周期的 S 期和 G2 期。在基因组工程中，科学家利用 HR 的原理开发了HDR (同源介导修复) 技术，通过提供外源供体模板（Donor DNA），实现精准的基因敲入 (Knock-in) 或点突变修复。
分子机制：精密的链交换
HR 是一个涉及多种蛋白协同的复杂过程，其核心是 RAD51 介导的同源搜索与链入侵。
- 1. 末端切除 (Resection)： MRN 复合物和 CtIP 对断裂末端进行 5' $\rightarrow$ 3' 切除，产生长段的 3' 单链 DNA (ssDNA) 悬垂。这一步决定了修复走向 HR 而非 NHEJ。
- 2. 细丝形成 (Filamentation)： ssDNA 被 RPA 蛋白包裹保护。随后，BRCA2 帮助 RAD51 置换 RPA，形成 RAD51-ssDNA 核蛋白细丝。
- 3. 链入侵 (Strand Invasion)： RAD51 细丝搜寻同源的双链 DNA 模板（姐妹染色单体），并侵入其中，形成置换环结构——D-loop。
- 4. 延伸与解离： DNA 聚合酶以同源链为模板延伸 3' 末端。随后，根据具体亚通路（DSBR 或 SDSA），形成并解开 Holliday Junction，完成无错修复。
基因编辑：精准敲入 (Knock-in)
在 CRISPR-Cas9 应用中，HR 是实现“基因写入”的基础。这种人工诱导的 HR 被称为 HDR (Homology-Directed Repair)。
| 要素 | 策略 | 挑战与优化 |
|---|---|---|
| 供体模板 (Donor) | 提供外源 DNA（质粒、ssODN 或 AAV），两侧带有与靶点一致的同源臂。 | 同源臂长度需优化（ssODN通常 60-100bp；质粒需 >500bp）。 |
| 周期限制 | 仅在 S/G2 期高效。 | 非分裂细胞（如神经元）极难进行 HDR。对策：使用 HITI 或 Prime Editing。 |
| 竞争抑制 | 抑制 NHEJ (如添加 SCR7) 以提高 HDR 比例。 | NHEJ 活性通常远高于 HDR，这是 Knock-in 效率低的主要原因。 |
临床肿瘤：HRD 与合成致死
HR 通路的缺陷（HRD, Homologous Recombination Deficiency）是卵巢癌和乳腺癌的重要特征，最常见的原因是 BRCA1 或 BRCA2 基因突变。
● 合成致死原理： 肿瘤细胞若丧失了 HR 能力，会极度依赖 PARP 介导的单链修复通路。使用 PARP 抑制剂（如奥拉帕利）阻断该通路，会导致肿瘤细胞因无法修复 DNA 损伤而死亡（Synthetic Lethality），而正常细胞因保留有 HR 能力而不受影响。
● 耐药机制： 肿瘤可能通过 BRCA 回复突变（Reversion mutation）或上调 Pol θ 介导的 MMEJ 通路来产生耐药。
学术参考文献 [Academic Review]
[1] Jasin M, Rothstein R. (2013). Repair of strand breaks by homologous recombination. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology.
[点评]：经典综述，详细阐述了 HR 的分子机制，包括 RAD51 的成核作用和 D-loop 的形成动力学。
[2] Farmer H, et al. (2005). Targeting the DNA repair defect in BRCA mutant cells as a therapeutic strategy. Nature.
[点评]：奠基性论文。首次提出了利用 PARP 抑制剂在 BRCA 缺陷细胞中诱导合成致死的概念，开启了精准肿瘤学新篇章。
[3] Paquet D, et al. (2016). Efficient introduction of specific alleles into the human genome. Nature.
[点评]：探讨了在 CRISPR 编辑中通过调节细胞周期和供体设计来提高 HDR (Knock-in) 效率的策略。