当细胞遇到 DNA damage 的时候，是继续复制 DNA（比如对 S 期细胞而言），还是暂停 DNA 复制和转录，等到 DNA 修复了以后然后继续工作呢？这就好比一个工厂（比如印钱厂，假设存在）正在生产产品，然后突然来了打劫的，这个时候你肯定得停下来吧，等他们打劫完了或者干掉那些打劫的，然后继续工作。但是问题是，在细胞里面，一旦出现 DNA damage 导致 DNA 复制或者 DNA 转录出现问题，需要蛋白质来修复 DNA，而蛋白质又是 DNA 的末端产物，这就很为难了。于是我们的场景可以转变一下，这个时候不是印钱厂，而是制造枪械的厂，但匪徒来打劫的时候，你本来需要你生成的产品——枪械把匪徒干掉，可是这个时候你的生产线已经被中断了，这个时候怎么办呢？只能用你之前保存的枪械来对抗匪徒，在细胞里面，就是细胞利用此前已经合成的 DNA repair 相关蛋白对 DNA 进行修复。

但是我们假设的场景还是不够逼真，因为 DNA damage 跟这里的匪徒有很大差别。DNA damage 有很多种形式，比如 UV 照射，离子辐射或者药物处理，但一个共同属性就是“肇事逃逸（hit-and-run）”，比如 UV 照射后，产生了 DNA damage，但是 UV 早就不见了。因此我们的场景需要继续优化调整，比如一个生成钢铁厂正在生成钢铁，然后呢，突然一个远程导弹射过来（想起来近期叙利亚的战事），炸了几条生产线，这个时候生产被迫中断，但问题是，修复生产线还需要生产线本身生产的产品——钢材。现实生活中，这个时候钢材厂可以通过向外部购买钢材，但是这对于细胞来说比较困难，细胞有细胞膜，是个相对封闭的空间，目前好像没有看到当一个细胞受到损伤后通过借用周围细胞的物质为己用的，在体外培养环境中可能比较困难，但是在多细胞的生物体中，细胞间的信息和物质传递应该是存在的，但是目前这可能还是一块空白，国际上有个十分宏大的“人类细胞图谱计划（Human Cell Atlas Project）”，这一计划的开展或许会揭开部分谜底。回到故事本身，当生产线遭到破坏的时候，工厂可以利用自己储备的钢材重建生产线。另一种极端情况，就是当生产线遭到毁灭性破坏时，政府会舍弃这个工厂，正如多细胞生物会舍弃掉这个细胞一样，这时候细胞进入凋亡程序。

回到科学问题，就是当细胞遇到 DNA damage 时，根据我们的常识，它还是要暂停转录程序的，这个问题还真的挺重要的，目前这一点基本已经达成共识，有个概念叫“DNA 损伤诱导的转录暂停（DNA damage-induced transcription arrest）”说的就是这件事。在机制方面，细胞里面 mRNA 转录是由 RNAPII 介导的，DNA damage 后，有多种方式导致转录暂停，比如 RNAPII 通过蛋白酶体途径降解。

另一个非常重要的问题是，一旦问题被解决了，工厂该怎么继续生产，细胞该如何继续转录。我们人体有 200 多种细胞，细胞类型差异的一个非常重要的体现就是基因表达模式（pattern）的差异，一个细胞的正常程序被暂停一段时间后，她要修改剧本还是按照原计划进行呢？哇，突然顿悟，细胞是有预案的，就是这个剧本本身其实也包含了“一旦出现 DNA damage，我该如何应对，应对结束后我该如何恢复正常工作”这一章节的。因为我们看到，比如你用 UV 照射 Hela 细胞后，她会进行 DNA 修复，但是修复后她依然是 Hela 细胞，没有变成 293T 呀！

关于细胞在遭遇 DNA damage 后如何重启转录程序这一重要问题，这里分享一下 2013 年的一篇 Cell。

文章的作者来自大名鼎鼎的居里研究所，而且作者只有三个人，可以说十分罕见了。

这篇文章发现，细胞在经受 DNA damage 后，重新启动转录程序需要组蛋白 H3.3 的伴侣蛋白 HIRA 的参与。文章的标题中有个单词的含义十分丰富，就是“priming”，这个词来源于其动词形式 prime [praɪm]，prime 可作为及物动词和非及物动词，基本含义是“做准备”，其衍生的形容词 primed 表示“蓄势待发的”，priming 表示“为……做准备”。因此这个标题可以理解为，要重新启动细胞的转录程序，首先需要 H3.3 的伴侣分子 HIRA 的作用，让染色质做好重新转录的准备。

我们直接上模式图。

正在转录的细胞机器遇到 DNA damage 后，DNA damage 位点附近的组蛋白降解掉，转录暂停。如果细胞想要恢复生产，首先需要 HIRA 将新合成的 H3.3 放置到 DNA damage 位点附近，放置好了之后，随后才是损伤的 DNA 进行修复，修复好了以后，然后才能重新启动转录程序。

这篇文章并不是神来之笔，之前已经有文章报道 CAF-1 和 HIRA 参与 DNA 损伤修复，但是具体的机制还不清楚。文章首先通过敲低 CAF-1 的 p60 亚基和 HIRA，发现 p60 敲低后的细胞可以恢复正常的转录，而 HIRA 敲低后，不能恢复正常的转录。这也是可以理解的，正常情况下你给一定的刺激，经过一定的时间细胞是可以恢复的，但是你要是釜底抽薪，那细胞就没救了。关键是看你抽的是哪一根“薪”，很显然，HIRA 就是这根“薪”。

红色荧光表示的是新生的 RNA。在 DNA damage 后，2h 转录暂停最显著，24h 可以恢复原来的转录水平。这里的 siLUC 是阴性对照，敲低后对细胞恢复转录没有影响。敲低 CAF-1 的亚基 p60 后也可以正常恢复转录程序；敲低 HIRA 后，细胞的转录暂停不受影响，但是 24h 后（DNA damage 修复后），不能恢复正常的转录程序了。这里的 ERCC6 是阳性对照，它本身就是负责 DNA 损伤修复的，敲低它以后肯定是无法恢复正常转录的。因此，这里鉴定出了关键的研究对象 HIRA。

但是还有个问题，就是 HIRA 本身是否会影响 DNA damage 的修复。DNA 损伤响应（DNA damage response，DDR）可以细分为几个过程，DNA damage 识别和 DNA damage 修复。此外，在 DNA damage 修复后，如何重新启动原来的转录程序。通过进一步分析发现，HIRA 并不影响 DNA damage 的修复，只专一性地负责 DNA damage 后的转录重启。

在 DNA damage 后，会产生环丁烷嘧啶二聚体（CPD），细胞会竭尽全力清除这些 CPD，因此清除 CPD 是 DNA 损伤修复的一种直接体现。可以看到，即使 HIRA 被敲低后，在 24h CPD 的清除也跟对照组没有差异。

DNA 修复过程中，需要招募 XPB 蛋白到 UV 照射的位点。这个局部 UV 照射的实验非常有创意了。可以看到，UV 局部照射后，CPD 会产生，说明发生了 DNA damage；当 HIRA 敲低后，XPB 可以被正常招募到损伤位点，进一步说明 HIRA 并不影响 DNA damage 修复。敲低 XPC 和 XPG 的是对照组，它们敲低后，XPB 无法招募到损伤位点的。

进一步通过荧光分析发现，HIRA 复合物的众多亚单元都可以被招募到损失位点。就像街上发生打架一样，很多人聚到一起，当事人在现场，有围观的吃瓜群众，还有来办案的警察。基本逻辑是，细胞很不一样，经过长时间的进化，没有实际作用的“吃瓜群众”被淘汰了，凡是来到案发现场的，都是要执行功能的。

HIRA 最核心的功能就是将 H3.3 放置到染色体中，因此 HIRA 对 DNA damage 的响应是否也依赖于它将 H3.3 放置到 DNA damage 位点呢？通过一系列的荧光标记，答案是肯定的。新合成的 H3.3 也被放置在 DNA damage 位点。下一个问题是，HIRA 这种操作的生物学功能是什么呢？其实前面的现象已经发现了 HIRA 是负责 DNA damage 后转录重启的，现在只需要把故事讲完整就可以啦。核心的思路是，哪个事件先发生，哪个事件后发生，先发生的事件跟后发生的事件有什么关系。具体的做法小伙伴们参见文献啦。

最后说一下，公众号好久没有更新了。这就像本文的核心主题一样，虽然转录中断了，但是细胞恢复转录的时候，并没有丢失自己。哈哈！玩笑而已，实际情况是，最近实验非常多，确实比较忙，生物医学狗应该都懂得的。还有一点考虑，目前解读各种最新科研进展的平台实在太多了，既然大家都讲新的文章，我就讲点旧的文章吧。新的文章有新的文章的讲法，旧的文章有旧的文章的讲法（先自己思考问题，然后找文献回答），但是有趣最重要了。做实验本身就很累了，如果写点东西还很累，那确实很难坚持的。

日常生活中的很多场景其实与细胞里面的各种事件非常相似，用生活的哲学去理解细胞的分子机制，或许也是一种有意思的策略。