综述：R环与D环：基因组稳定性与不稳定性之间的微妙平衡

《Cell Communication and Signaling》：R-loops and D-loops: a delicate balance in genomic stability and instability

　　

摘要

R环和D环是三链核酸结构，它们在维持基因组稳定性、调控基因表达以及DNA代谢方面发挥着关键作用。R环在转录过程中或转录后形成，此时新合成的RNA与模板DNA链重新结合，形成RNA：DNA杂交体，从而使非模板链变为单链状态。这类结构常见于CpG岛启动子、转录终止位点以及免疫球蛋白类别转换区域，在这些地方它们参与协调转录调控、染色质重塑以及DNA损伤信号传导。D环则是在单链DNA片段与双链中的一条链配对并取代另一条链时形成，其形成机制因具体环境而异，包括同源重组过程中由RAD51或DMC1介导的链入侵、端粒处的shelterin辅助入侵，以及线粒体DNA起始位点处的复制相关链置换。它们在双链断裂修复、端粒维持以及线粒体DNA复制过程中起着不可或缺的中介作用。最近的冷冻电子显微镜研究以近乎原子级的分辨率揭示了RAD51介导的逐步链交换机制，极大提升了人们对D环形成过程的结构理解。尽管这两种结构在分子组成上存在差异，但它们都会改变沃森-克里克碱基配对，一旦调控失常，就会导致复制叉停滞、转录与复制冲突以及异常重组。本综述系统地比较了R环和D环的结构特征、形成机制、调控网络及生物学功能，重点阐述它们在维护基因组完整性方面的共同作用。此外，我们还探讨了针对这些结构在癌症和神经退行性疾病中的快速发展的检测技术及新兴治疗策略，并指出了未来研究需要解决的关键问题。