真核生物では ヌクレオチド除去修復は、フォトリアーゼ などの酵素を発現する原核 生物よりも真核生物 の方が複雑です。ヒトやその他の胎盤動物では、NERに関与する主要なタンパク質が9つあります。特定 の タンパク質の欠損は疾患を引き起こし、タンパク質名は疾患と関連付けられています。XPA 、XPB 、XPC 、XPD、XPE 、XPF、XPGは すべて色素性乾皮 症に由来し、CSA とCSBは コケイン症候群に関連するタンパク質です。さらに、ERCC1 、RPA 、RAD23A 、RAD23B などのタンパク質もヌクレオチド除去修復に関与しています。NERに関与するタンパク質のより完全なリストは以下に記載されています 。
真核生物のヌクレオチド除去修復は、ゲノム全体ヌクレオチド除去修復（GG-NER）と転写共役ヌクレオチド除去修復（TC-NER）の2つのサブパスウェイに分けられます。それぞれのサブパスウェイにおいて、DNA損傷の認識には3種類の異なるタンパク質群が関与しています。損傷認識後、これら3つのサブパスウェイは合流し、二重切断、修復、連結の段階へと進みます。
損傷認識
模式図はGG-NERに関与するタンパク質の結合を示している。[ 3 ] ゲノム全体にわたる活性遺伝子と不活性遺伝子の両方において、転写されたDNA鎖と転写されていないDNA鎖の両方の損傷を修復するゲノムNERは、転写に依存しないプロセスです。この経路では、DNA損傷結合タンパク質（DDB）やXPC-Rad23B複合体など、ゲノムを常にスキャンしてらせん構造の歪みを認識する複数の「損傷感知」タンパク質が利用されます。XPC - Rad23B複合体は歪みの認識を担当し、DDB1とDDB2（XPE ）は紫外線によって引き起こされる損傷の種類も認識できます。さらに、XPAは損傷認識において、まだ十分に解明されていない機能も担っています。損傷部位が特定されると、後続の修復タンパク質が損傷したDNAにリクルートされ、DNA損傷の存在を確認し、損傷部位周辺の損傷したDNAを切除し、修復パッチを埋めます。
GG-NER関連疾患 GG-NER機構の変異は、以下のような複数の遺伝性疾患の原因となっている。
色素性乾皮症（XP）：重度の光線過敏症、日光にさらされる身体部位（例：皮膚）における高い癌発生率
図はTC-NERに関与するタンパク質の結合を示している。[ 3 ] 生物のゲノムの大部分は、どの時点においても転写を受けていない。そのため、転写が起こっていない領域と転写が活発な領域では、NER（ヌクレオチド除去修復）の効率に差が生じる。多くの種類の損傷において、NERは転写が活発な遺伝子の転写鎖を、転写されていない鎖や転写が起こっていないDNAよりも速く修復する。
TC-NERとGG-NERの違いは、DNA損傷認識の初期段階のみです。TC-NERとGG-NERの主な違いは、TC-NERは哺乳類細胞における歪み認識にXPCまたはDDBタンパク質を必要としないことです。代わりに、TC-NERはRNAポリメラーゼが DNAの損傷部位で停止したときに開始されます。ブロックされたRNAポリメラーゼが損傷認識シグナルとして機能し、XPC-RAD23BおよびDDB複合体の歪み認識機能の必要性を代替します。CSタンパク質（CSAおよびCSB）は、XPC-Rad23Bの代わりに一部のタイプのDNA損傷に結合します。
他の修復方法も可能だが、精度と効率は劣る。
TC-NER関連疾患 TC-NERは、RNAポリメラーゼがDNAの損傷部位で停止したときに開始され、その後、タンパク質複合体がポリメラーゼを逆方向に移動させるのを助けます。TC-NER機構の変異は、以下のような複数の遺伝性疾患の原因となります。
二重切開 転写因子II H （TFIIH）は、二重切除に関わる重要な酵素です。TFIIHとXPG は、まずDNA損傷部位にリクルートされます（XPGはTFIIHを安定化させます）。TFIIHのサブユニットであるXPD とXPBは、それぞれ5'-3'ヘリカーゼと3'-5'ヘリカーゼとして働き、DNAの巻き戻しを助け、 転写バブル 周辺の二本鎖DNAと一本鎖DNAの間に接合部を形成します。XPGはTFIIHを安定化させるだけでなく、エンドヌクレアーゼ活性も持ち、 3' 側でDNA損傷を切断します。一方、XPF - ERCC1 ヘテロ二量体タンパク質は5'側で切断します。この二重切断により、25～30ヌクレオチドの一本鎖ギャップを持つ一本鎖DNAが除去されます。損傷を含む小型の切除DNA（sedDNA）オリゴヌクレオチドは、最初はTFIIHと複合体を形成した状態で二本鎖DNAから放出されるが、その後ATP依存的に解離し、複製タンパク質A（RPA）に結合する。ギャップを埋めるDNA合成とライゲーションが阻害されると、RPAに結合したsedDNAが細胞内に蓄積する。
複製タンパク質A（RPA）とXPAは 、主要なNER修復複合体に関連する最後の2つのタンパク質です。これらのタンパク質はDNA損傷の確認に関与しているため、TFIIH結合前に存在します。また、一本鎖DNAを保護する役割も担っています。損傷の確認後、3'側切断の前に5'側切断が行われ、DNA修復が開始されます。これにより、修復過程における一本鎖DNAの露出を減らすことができます。
原核生物では、Uvrタンパク質が Uvrタンパク質によって制御されるヌクレオチド除去修復経路のモデルの模式図。[ 4 ] 大腸菌 UvrABCエンドヌクレアーゼ 酵素複合体によって制御されており、この複合体はUvrA、UvrB、UvrC、およびDNAヘリカーゼ II（この複合体ではUvrDとも呼ばれる）の4つのUvrタンパク質から構成されています。まず、UvrA-UvrB複合体がDNAをスキャンし、UvrAサブユニットが、例えばピリミジン二量体 によって引き起こされるヘリックスの歪みを認識します。複合体がこのような歪みを認識すると、UvrAサブユニットが離脱し、UvrCタンパク質が入り込んでUvrBモノマーに結合し、新しいUvrBC二量体 を形成します。UvrBはDNA損傷から4ヌクレオチド下流のホスホジエステル結合 を切断し、UvrCはDNA損傷から8ヌクレオチド上流のホスホジエステル結合を切断して、12ヌクレオチドの除去セグメントを作成します。 DNAヘリカーゼII（UvrDと呼ばれることもある）が次に登場し、相補的な塩基間の水素結合を積極的に切断することで、切除されたセグメントを除去します。結果として生じたギャップは、DNAポリメラーゼIとDNAリガーゼを使用して埋められます。基本的な切除プロセスは高等細胞でも非常によく似ていますが、これらの細胞では通常、より多くのタンパク質が関与します。大腸菌は その簡単な例です。[ 5 ]
TC-NERは細菌にも存在し、TRCF（Mfd） タンパク質によって媒介される。TRCFはSF2 ATPase であり、ATP加水分解を利用して転写バブルの上流にある二本鎖DNA上を転座し、RNAポリメラーゼを前方へ転座させることで、RNAポリメラーゼ三元伸長複合体の解離を開始する。TRCFはまた、UvrAサブユニットとの直接的な物理的相互作用によって、Uvr(A)BCヌクレオチド除去修復機構をリクルートする。
癌 DNA切除経路は連携してDNA損傷 を修復する。修復されない損傷や切除修復に関連する機能不全のタンパク質は、制御不能な細胞増殖や癌につながる可能性がある。[ 6 ] 過去の研究では一貫性のない結果が示されていますが、ヌクレオチド除去修復遺伝子の遺伝的変異または突然変異は、修復効率に影響を与えることで 癌のリスクに影響を与える可能性があります。 一塩基多型 （SNP）および非同義コーディングSNP（nsSNP）は、ヒト集団では非常に低いレベル（>1%）で存在します。[ 7 ] NER遺伝子または調節配列に存在する場合、このような突然変異はDNA修復 能力に悪影響を及ぼし、癌発生の可能性を高める可能性があります。すべての多型の機能的影響は特徴付けられていませんが、DNA修復遺伝子またはその調節配列のいくつかの多型は表現型の 変化を誘発し、癌の発生に関与しています。[ 8 ] 肺癌 症例の研究では、NER特異的SNP多型と肺癌リスクとの間にわずかな関連性が見つかりました。[ 9 ]
DNA多型に起因するNER機能不全 NER経路において、多型が機能的および表現型的影響を示す重要な遺伝子は、XPD遺伝子 とXPC 遺伝子の2つである。[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]
がんの予後への影響 遺伝性癌である色素性乾皮症の研究により、NER経路のタンパク質をコードするいくつかの遺伝子が特定され、そのうちの2つがXPCとXPDである。XPは、UV DNA損傷修復（GG-NER）のホモ接合性欠損によって引き起こされ、患者の皮膚癌のリスクが1000倍増加する。ヘテロ接合性の患者では、癌のリスクは散発的であるが、リンパ球 から精製されたXP関連DNA修復遺伝子の多型の分析評価に基づいて予測することができる。[ 15 ] [ 16 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]
エージング ヒトおよびマウスにおいて、 NERに関与する遺伝子の生殖細胞系列変異は、 早老症の特徴を引き起こす。これらの遺伝子および対応するタンパク質には、ERCC1 （ERCC1 ）、ERCC2 （ XPB ） 、 ERCC4 ERCC5 ERCC6 ERCC8
DNA修復欠損ERCC1 変異マウスは加速老化の特徴を示し、寿命が限られている。[ 18 ]
ERCC2 (XPD) 遺伝子の変異は、色素性乾皮症 (XP)、毛髪硫黄欠乏症 (TTD)、XP と TTD の組み合わせ (XPTTD)、または XP とコケイン症候群 の組み合わせ(XPCS) など、さまざまな症候群を引き起こす可能性があります。[ 19 ] 感音性難聴 、網膜変性、白質低メチル化、中枢神経系石灰化、低身長、悪液質(皮下脂肪組織の喪失) が含まれる場合があります。[ 19 ] [ 20 ] ERCC2 (XPD) 変異ヒトおよびマウス由来の XPCS および TTD 線維芽細胞は、分節性早老症 (早老症 ) 症状の根底にある可能性のある酸化 DNA 損傷の修復の欠陥の証拠を示します[ 21 ] (老化の DNA 損傷理論を 参照)。
ERCC3 （XPB）遺伝子の変異は、ヒトにおいて色素性乾皮症（XP）または コケイン症候群 を伴う色素性乾皮症（XPCS）を引き起こす可能性がある。[ 22 ]
ヒトにおけるERCC4 （XPF）の欠損は、加速老化を含む様々な症状を引き起こす。[ 23 ]
ヒトでは、ERCC5 (XPG) 遺伝子の変異欠陥は、がんになりやすい色素性乾皮症 (XP) 単独、または重度の神経発達障害であるコケイン症候群 (CS) や乳児期致死性脳眼顔面骨格症候群との組み合わせで発症する可能性がある。[ 24 ] 、肝臓と脳の両方で顕著な変性表現型を伴う 悪液質 や骨粗鬆症 などの早老症の特徴を示す。[ 24 ] これらの変異マウスは、DNA 損傷 と老化の 関連性を強化すると思われる多系統の早老症変性表現型を発症する。[ 24 ] 老化の DNA 損傷理論を 参照)。
コケイン症候群（CS）は、ERCC8（CSA）またはERCC6（CSB）のいずれかの遺伝子の生殖細胞系列変異によって生じます。ERCC8 （ CSA ） 変異は、一般 的 に ERCC6 （CSB）変異よりも軽度のCSを引き起こします。 [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]
加齢に伴うNERの低下 Gorbunova ら[ 28 ] [ 29 ]
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