SMC蛋白結(jié)構(gòu)和功能的研究進(jìn)展

計(jì)文 陶權(quán)丹 王時(shí)超 華杰 劉康偉 張建祥 于梅梅 于恒秀

摘要：染色體不僅僅由DNA構(gòu)成，還包含一些使染色體能具有特定形態(tài)特征以及在基因表達(dá)和基因組穩(wěn)定性中起作用的蛋白。而使染色體能具有特定形態(tài)特征的首要物質(zhì)就是染色體結(jié)構(gòu)維持蛋白（structural maintenance of chromosomes，SMC）復(fù)合體。SMC復(fù)合體包含凝聚蛋白（condensin）、黏結(jié)蛋白（cohesin）和SMC5-SMC6復(fù)合體，是染色體的重要組分。SMC蛋白的表達(dá)依賴于ATP的水解以及DNA的拓?fù)渥饔?。SMC復(fù)合體參與了多重染色體行為，其中尤為顯著的是染色體集縮和姐妹染色單體的黏著。此外，SMC復(fù)合體在DNA修復(fù)中也有重要的作用。近年來，隨著分子生物學(xué)研究技術(shù)的發(fā)展，對(duì)該類復(fù)合體的結(jié)構(gòu)、功能及作用機(jī)制等方面已有較多研究并取得一些重要進(jìn)展，本文對(duì)SMC蛋白結(jié)構(gòu)和功能的研究進(jìn)展做一綜述。

關(guān)鍵詞：染色體結(jié)構(gòu)維持蛋白;凝聚蛋白;黏結(jié)蛋白;SMC5-SMC6復(fù)合體

中圖分類號(hào)： S188? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）10-0032-05

構(gòu)成有機(jī)體染色體組分的DNA分子通常來說比有機(jī)體本身還要長，例如在一個(gè)人類細(xì)胞中大約有4 m長的DNA。在細(xì)胞分裂的準(zhǔn)備過程中，DNA被進(jìn)一步壓縮而使有絲分裂時(shí)期染色體出現(xiàn)一定形態(tài)特征。但DNA是如何被包裹在細(xì)胞這樣小的結(jié)構(gòu)中的，目前尚不清楚。染色體不僅僅由DNA構(gòu)成，還包含一些在基因表達(dá)和基因組穩(wěn)定性中起作用的蛋白。而使染色體能具有特定形態(tài)特征的首要物質(zhì)就是染色體結(jié)構(gòu)維持蛋白（structural maintenance of chromosomes，SMC）復(fù)合體，這使得SMC蛋白結(jié)構(gòu)和功能的研究具有重要意義。

本文重點(diǎn)關(guān)注SMC復(fù)合物在染色體集縮、姐妹染色單體黏著以及DNA修復(fù)中的功能。

1 SMC蛋白研究簡史

1991年NiKi等首次在大腸桿菌mukB突變體中發(fā)現(xiàn)了1個(gè)參與染色體分離的SMC蛋白家族成員MUKB[1]。MUKB是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)編碼SMC蛋白的基因。1993年，Strunnikov等克隆了1個(gè)能夠維持微染色體穩(wěn)定性的芽殖酵母基因，并命名為SMC1，由此發(fā)現(xiàn)了具有相似結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)SMC1[2]（圖1）。之后在多種生物體的基因組中發(fā)現(xiàn)了類似的編碼SMC1蛋白的基因，如裂殖酵母中的2個(gè)編碼SMC蛋白的基因cut3+和cut14+，在兩者的突變體中均觀察到染色體的凝聚和分離發(fā)生異常[3]。

同一時(shí)期內(nèi)，對(duì)脊椎動(dòng)物染色體的生化分析也發(fā)現(xiàn)了相似的蛋白質(zhì)。在非洲爪蟾的卵子提取試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)2個(gè)染色體相關(guān)蛋白XCAPC和XCAPE（Xenopus chromosome-associated polypeptide），也被稱為SMC2和SMC4。SMC2/SMC4復(fù)合體在染色體集縮時(shí)發(fā)揮作用[4]。在雞細(xì)胞的染色體中發(fā)現(xiàn)了一種135 ku的蛋白質(zhì)ScⅡ（也稱作SMC2），是XCAPE的同源蛋白[5]。此外，在芽殖酵母smc2突變體中發(fā)現(xiàn)染色體集縮行為的缺失[6]。

在研究早期人們就認(rèn)識(shí)到SMC蛋白的功能不僅僅涉及染色體形態(tài)以及分離。秀麗隱桿線蟲性染色體劑量補(bǔ)償?shù)难芯勘砻?，編碼SMC蛋白的dpy-27基因突變會(huì)導(dǎo)致胚胎中的X染色體不能下調(diào)基因表達(dá)[7]。此外，裂殖酵母中的輻射敏感蛋白R(shí)AD18，被證實(shí)是SMC蛋白的一個(gè)獨(dú)特亞組，現(xiàn)在稱作SMC5和SMC6[8]。

真核生物中SMC蛋白兩兩之間會(huì)形成3種異二聚體：以SMC2-SMC4為核心形成凝聚蛋白（condensin）復(fù)合體[9]、以SMC1-SMC3為核心形成黏結(jié)蛋白（cohesin）復(fù)合體、SMC5-SMC6則是多亞基DNA修復(fù)復(fù)合物的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。這3種復(fù)合物對(duì)真核生物來說都是必需的，它們?cè)诓糠止δ苌洗嬖谥丿B，如黏結(jié)蛋白參與染色體集縮，黏結(jié)蛋白和凝聚蛋白均在DNA修復(fù)中發(fā)揮作用[10]。

黏結(jié)蛋白復(fù)合體能夠介導(dǎo)姐妹染色單體的黏著，這一發(fā)現(xiàn)揭示了SMC復(fù)合體在真核生物染色體分離中起到重要功能。姐妹染色單體產(chǎn)生于S期，通過黏結(jié)蛋白維系在一起直到有絲分裂期[11]。黏結(jié)蛋白使得姐妹染色單體能夠進(jìn)行識(shí)別配對(duì)，并且在紡錘絲的牽引下在赤道板2側(cè)進(jìn)行排列。SCC1（sister chromatid cohesion 1）亞基水解使得黏結(jié)蛋白從染色體上脫離，從而誘發(fā)有絲分裂后期的開始[12-14]。以上這些功能以及它們?cè)谡麄€(gè)細(xì)胞周期中的其他許多作用，確立了SMC復(fù)合體在生物學(xué)中的重要地位。

2 SMC蛋白及其復(fù)合體的基本結(jié)構(gòu)

SMC蛋白在進(jìn)化上是保守的，從細(xì)菌到人體中的SMC蛋白都具有相似的基本結(jié)構(gòu)，含有5個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域（圖1）。SMC蛋白由1 000～1 400個(gè)氨基酸組成，其N-端結(jié)構(gòu)域（約含160個(gè)氨基酸）和C-末端結(jié)構(gòu)域（約含150個(gè)氨基酸）高度保守，分別含有Walker A和Walker B結(jié)構(gòu)域，中間是中度保守的非螺旋的“鉸鏈”（hinge）結(jié)構(gòu)域，由2個(gè)長的卷曲螺旋分別與N端和C端連接，這2個(gè)長的卷曲螺旋也被稱為SMC蛋白的2條臂[15]。

SMC蛋白復(fù)合體包含SMC蛋白二聚體、1種Kleisin蛋白以及2種HEAT蛋白。首先由單個(gè)SMC分子以分子中央的絞鏈（Hinge）區(qū)為中點(diǎn)自折疊，絞鏈區(qū)2側(cè)的長螺旋（coiled-coil）區(qū)相互絞結(jié)形成長臂，N、C末端相互結(jié)合形成ATP酶區(qū)的頭部;自折疊的2個(gè)分子通過絞鏈區(qū)相互結(jié)合，另一端的2個(gè)ATP酶區(qū)頭部與非SMC蛋白亞基結(jié)合，從而形成了一個(gè)環(huán)形或“V”字形的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。在原核生物中，由一種SMC同源蛋白形成同二聚體，再結(jié)合2個(gè)Kleisin同源蛋白ScpA與2個(gè)ScpB蛋白，形成唯一的一種復(fù)合體[16]。在真核生物中，以SMC1-SMC3異二聚體為核心結(jié)合Kleisin蛋白（Scc1）和HEAT重復(fù)蛋白（Scc3、Psd5）構(gòu)成黏結(jié)蛋白復(fù)合體（脊椎動(dòng)物中SMC1有2個(gè)亞型：SMC1α和SMC1β，可形成2種黏結(jié)蛋白復(fù)合體，分別在有絲分裂和減數(shù)分裂中行使功能[17]）;以SMC2-SMC4異二聚體為核心結(jié)合特異的Kleisin蛋白和HEAT蛋白，形成凝聚蛋白復(fù)合體，且根據(jù)結(jié)合的非SMC蛋白的不同可分為Ⅰ型和Ⅱ型復(fù)合體[18];以SMC5-SMC6異二聚體為核心結(jié)合Nse蛋白（Nse1-Nse6）則形成第三類復(fù)合體——SMC5-SMC6復(fù)合體[19]。

SMC二聚體的結(jié)構(gòu)在絕大多數(shù)情況下是對(duì)稱的，但在黏結(jié)蛋白以及細(xì)菌的SMC復(fù)合體中觀察到Kleisin蛋白與SMC頭部存在非對(duì)稱結(jié)合。Kleisin蛋白的N末端形成螺旋結(jié)構(gòu)與其中一個(gè)SMC蛋白的頭部結(jié)合;C末端則附著到另一個(gè)SMC蛋白頭部[20-22]。HEAT重復(fù)蛋白則是聚集在Kleisin的周圍，目前已知HEAT能夠與鉸鏈區(qū)互作。表1列出了真核生物SMC復(fù)合體的主要結(jié)構(gòu)組分。

標(biāo)注的蛋白是凝聚蛋白Ⅱ的組分。SA1、SA2以及PDS5A、PDS5B是黏結(jié)蛋白的組分。Sororin Ⅱ僅存在于后生動(dòng)物黏結(jié)蛋白中。

已有的研究表明，SMC復(fù)合體與DNA分子的相互作用最可能的模式是環(huán)抱模型（embrace model;the ring model），該模型認(rèn)為黏結(jié)蛋白通過拓?fù)洵h(huán)繞結(jié)合到DNA。黏結(jié)蛋白在細(xì)胞內(nèi)拓?fù)洵h(huán)繞到微染色體（minichromosomes），而在體外黏結(jié)蛋白依賴于ATP水解從而加載到DNA上[23-24]。與之相似，凝聚蛋白和SMC5-SMC6復(fù)合體在體內(nèi)也是與微染色體進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)合，而細(xì)菌的SMC復(fù)合體是與其環(huán)形染色體進(jìn)行拓?fù)湫越Y(jié)合[25-27]。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)曾被認(rèn)為對(duì)于SMC復(fù)合物功能的發(fā)揮至關(guān)重要。黏結(jié)蛋白完整的環(huán)形結(jié)構(gòu)能夠維持姐妹染色單體的黏著，在細(xì)胞分裂后期Scc1的脫離使得環(huán)形結(jié)構(gòu)打開。凝聚蛋白完整的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠參與芽殖酵母染色體的分離。拓?fù)淠Ｐ湍軌蚝芎玫亟忉孲MC復(fù)合物在染色體中的功能。但也有試驗(yàn)表明，復(fù)合體中的蛋白分子能夠與DNA鏈直接相互作用。SMC分子的ATP頭部區(qū)域可以與DNA鏈直接結(jié)合，一個(gè)復(fù)合體的2個(gè)SMC分子頭部分別結(jié)合2條DNA鏈從而將姊妹染色質(zhì)的2條鏈或者同一染色質(zhì)不同區(qū)段的2段DNA拉在一起[28]。但是這2種模型均未能解釋SMC復(fù)合體是通過單個(gè)復(fù)合物分子行使作用 還是通過2個(gè)或多個(gè)復(fù)合物分子之間相互聚合來行使功能。

3 黏結(jié)蛋白的生物學(xué)特征與功能

黏結(jié)蛋白復(fù)合體最早發(fā)現(xiàn)于酵母細(xì)胞，該蛋白復(fù)合體含有4個(gè)亞基：即1對(duì)SMC蛋白Smc1、Smc3以及2個(gè)非SMC蛋白R(shí)ad21/Scc1和Scc3/SA構(gòu)成，SA蛋白在脊椎動(dòng)物體細(xì)胞中又分為SA1以及SA2這2類。其中2個(gè)SMC蛋白形成1個(gè)反向二聚體，該二聚體的起始域與Rad21蛋白互作，完成封閉環(huán)結(jié)構(gòu)，Rad21再與SA結(jié)合，從而形成了完整的黏結(jié)蛋白復(fù)合體[29]（圖2）。黏結(jié)蛋白復(fù)合體參與姐妹染色單體的黏著、DNA修復(fù)以及細(xì)胞周期中檢查點(diǎn)（checkpoint）的活化。

黏結(jié)蛋白在G1期加載到染色質(zhì)上，Scc2和Scc4組成的蛋白復(fù)合體作為加載因子，在S期參與姐妹染色單體的黏著，對(duì)M期染色體的正確分離也有重要的作用[30]。黏結(jié)蛋白黏著力的形成需要激活“形成因子”（establishment factor）Eco1。絕大多數(shù)的黏結(jié)蛋白、相關(guān)蛋白（Wapl、Pds5等）以及加載因子（Scc2/Scc4）都在細(xì)胞分裂前期時(shí)從染色體臂上被移除，其余附著在著絲粒上的黏結(jié)蛋白在后期被去除。黏結(jié)蛋白復(fù)合體可以有效防止姐妹染色單體的提前分離，因而在維持染色體穩(wěn)定性方面具有重要意義。黏結(jié)蛋白在細(xì)胞分裂過程中的機(jī)制尚不明了，但普遍認(rèn)為其功能的發(fā)揮依賴于多個(gè)相關(guān)蛋白的協(xié)調(diào)作用。

關(guān)于黏結(jié)蛋白維持染色質(zhì)穩(wěn)定的機(jī)制，研究者主要提出了3種模型：單環(huán)模型（one ring model）、雙環(huán)模型（two ring model）以及多桿狀模型（multimeric rod-shaped model）[31]。單環(huán)模型認(rèn)為，黏結(jié)蛋白將2個(gè)10 nm長的姐妹染色單體纖維捕獲在1個(gè)三角形的環(huán)形結(jié)構(gòu)中;雙環(huán)模型提出，1個(gè)黏結(jié)蛋白環(huán)繞1條姐妹染色單體，在DNA復(fù)制時(shí)通過Irr1/Scc3將2個(gè)環(huán)聯(lián)結(jié)在一起[32];桿狀結(jié)構(gòu)是由多個(gè)黏結(jié)蛋白分子之間相互作用形成，SMC在桿狀結(jié)構(gòu)的其中一端，而姐妹染色單體處于另一端[33]。

在人類細(xì)胞以及酵母細(xì)胞中，黏結(jié)蛋白復(fù)合體依賴H2A磷酸化富集在DNA雙鏈斷裂（DSB）位點(diǎn)附近[34]。H2AX對(duì)于DNA修復(fù)蛋白的聚集以及穩(wěn)定性具有很重要的作用。隨后，其他的DNA損傷調(diào)控子，比如MDC1以及53BP1被招募到損傷位點(diǎn)，進(jìn)一步增強(qiáng)DNA損傷信號(hào)[35]。發(fā)生DNA損傷后，SMC1和SMC3通過ATM進(jìn)行磷酸化，細(xì)胞的存活率降低并且染色體畸形率升高。同時(shí)SMC1和SMC3磷酸化會(huì)導(dǎo)致S期及G2/M期檢查點(diǎn)功能缺失[36]，有研究者提出，與黏結(jié)蛋白在DNA修復(fù)中的功能不同，它們對(duì)于檢查點(diǎn)的作用獨(dú)立于黏結(jié)蛋白自身擁有的黏著屬性[36]。而SMC1和SMC3只有作為黏結(jié)蛋白復(fù)合體的亞基時(shí)，它們才能夠進(jìn)行磷酸化。

4 凝聚蛋白的結(jié)構(gòu)與功能

大多數(shù)的真核生物具有2種凝聚蛋白，凝聚蛋白Ⅰ和凝聚蛋白Ⅱ，而原核生物和古細(xì)菌只表達(dá)一種SMC蛋白，具有原始形式的凝聚蛋白。在芽殖酵母和裂殖酵母中只發(fā)現(xiàn)了凝聚蛋白Ⅰ。果蠅中存在2種凝聚蛋白，但是果蠅的凝聚蛋白Ⅱ中缺少CAP-G2亞基。目前為止尚未發(fā)現(xiàn)只擁有凝聚蛋白Ⅱ的生物。

在真核生物中，以SMC2-SMC4異源二聚體為核心與3種非SMC蛋白一起構(gòu)成5個(gè)亞基的凝聚蛋白復(fù)合物，集縮素在有絲分裂染色體集縮中發(fā)揮重要作用[3]（圖3）。

凝聚蛋白最早發(fā)現(xiàn)于蟾蜍卵提取物中，免疫試驗(yàn)證明在無細(xì)胞系統(tǒng)（cell-free system）中該蛋白復(fù)合物是染色體集縮必需的活性復(fù)合物，因此也被稱為集縮蛋白，其核心組分是SMC2和SMC4蛋白。目前已有充足的證據(jù)表明凝聚蛋白參與染色體集縮。

爪蟾的凝聚蛋白復(fù)合體含有2個(gè)SMC家族蛋白，XCAP-C 以及XCAP-E，另外還有3個(gè)非SMC蛋白XCAP-D2、XCAP-G 和 XCAP-H[37]。 將爪蟾精子DNA添加到爪蟾卵細(xì)胞提取物中，精子DNA能裝配成集縮的有絲分裂染色體。如果爪蟾卵細(xì)胞中凝聚蛋白發(fā)生異常或缺失，那么染色體會(huì)解集縮。因此凝聚蛋白不僅參與染色體的集縮，同時(shí)也在集縮狀態(tài)維持方面發(fā)揮功能。

芽殖酵母和裂殖酵母中的凝聚蛋白亞基十分保守，是細(xì)胞存活的必需物質(zhì)，如果其中凝聚蛋白亞基發(fā)生突變，染色體不能正常集縮，這些異常細(xì)胞在核分裂之前完成細(xì)胞質(zhì)的分裂，有絲分裂細(xì)胞從而被一分為二。在這種細(xì)胞中觀察到團(tuán)在一起的DNA，即染色體不能正常分開。酵母的原位雜交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，SMC蛋白亞基突變體中有絲分裂染色體不能實(shí)現(xiàn)正常的集縮狀態(tài)[37]。近年來有研究發(fā)現(xiàn)，裂殖酵母核仁蛋白Dnt1通過調(diào)控凝聚蛋白實(shí)現(xiàn)抑制姐妹染色體的錯(cuò)誤分離。為了保證姐妹染色體的對(duì)稱分離，每條姐妹染色體的動(dòng)粒體必須與分別來自兩極的相同數(shù)量的紡錘體微管連接，而當(dāng)1條姐妹染色單體同時(shí)與兩極的紡錘體微管連接時(shí)，稱這種現(xiàn)象為“merotelic attachment”。在酵母dnt1突變體中，染色體凝聚蛋白復(fù)合體組分Cut14的蛋白水平下降，而著絲粒區(qū)的凝聚蛋白也會(huì)主動(dòng)抑制姐妹染色體的“merotelic attachment”。因而研究人員推測(cè)核仁蛋白Dnt1可能是通過調(diào)控位于著絲粒區(qū)的凝聚蛋白來抑制姐妹染色體的“merotelic attachment”，從而保證姐妹染色體的對(duì)稱分離[38]。

線蟲中Smc2型蛋白MIX-1純合突變體的第2代中100%表現(xiàn)為胚胎致死，這些胚胎發(fā)生各種染色體畸變，最普遍的是在分裂后期出現(xiàn)染色體橋的現(xiàn)象。果蠅中凝聚蛋白的亞基蛋白DmSmc4發(fā)生突變后，大部分細(xì)胞在分裂后期或末期出現(xiàn)染色體橋[39]。在雞DT40細(xì)胞中敲除凝聚蛋白亞基ScⅡ/Smc2之后，有絲分裂中染色體的集縮發(fā)生滯后，即使在中期可恢復(fù)成正常水平，但卻破壞了染色體的結(jié)構(gòu)完整性。

在植物中也發(fā)現(xiàn)存在SMC蛋白，在擬南芥中有2個(gè)編碼SMC2型蛋白的基因AtCAP-E1和AtCAP-E2，這2個(gè)基因在功能上存在重復(fù)[40]。Liu等利用擬南芥種子發(fā)育過程中出現(xiàn)有絲分裂阻斷現(xiàn)象的突變體，從中鑒定出titan突變體，并且發(fā)現(xiàn)了編碼AtCAP-E1的TTN3。研究者推測(cè)titan突變體中出現(xiàn)的核仁異常增大現(xiàn)象可能是由凝聚蛋白功能的缺失引起的。在另外的研究中發(fā)現(xiàn)AtCAP-E1能夠與酵母的 Smc2-Δ6突變體實(shí)現(xiàn)功能互補(bǔ)。這些試驗(yàn)均表明AtCAP-E1參與了擬南芥中染色體的集縮。

5 SMC5-SMC6復(fù)合體

SMC5-SMC6構(gòu)成的復(fù)合體是真核生物必需的SMC復(fù)合體成員之一。因?yàn)槟軌虼偈怪亟M中間體的分離，所以SMC5-SMC6在DNA修復(fù)方面有著突出的作用。SMC5-SMC6復(fù)合體最初在裂殖酵母以及芽殖酵母SMC6同系物的分離試驗(yàn)中被發(fā)現(xiàn)，分別是RAD18以及RHC18。之后在人類細(xì)胞中被定義為SMC5以及SMC6。目前SMC5-SMC6復(fù)合體在生物體中真正必要的功能尚不清楚。最近的研究發(fā)現(xiàn)，SMC5-SMC6復(fù)合體在有絲分裂的G2期具有重要功能[41]。有觀點(diǎn)認(rèn)為 SMC5-SMC6復(fù)合體的缺失會(huì)導(dǎo)致復(fù)制后期發(fā)生異常[42]。SMC5-SMC6復(fù)合體也在DNA的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中發(fā)揮作用[43]。

SMC5-SMC6復(fù)合體與黏結(jié)蛋白及凝聚蛋白有著相似的結(jié)構(gòu)，擁有一個(gè)SMC二聚體，同時(shí)與kleisin緊密相連。其HEAT重復(fù)亞基Nse5和Nse6在芽殖酵母中是必需的，但在裂殖酵母中卻可有可無。與前2種SMC復(fù)合體不同的是，SMC5-SMC6的kleisin蛋白還與Nse1及Nse3構(gòu)成的二聚體聯(lián)結(jié)，這種結(jié)構(gòu)與原核生物SMC復(fù)合體亞基MukE和ScpB中二聚體的構(gòu)造十分相似（圖4）[44]。這表明原核生物SMC復(fù)合體與真核生物SMC5-SMC6復(fù)合體之間可能具有相似的功能。Nse3亞基能夠連接到DNA從而促使SMC5-SMC6復(fù)合體加載到染色體上[45]。SMC5-SMC6還有個(gè)獨(dú)特的特征，其Nse2擁有一個(gè)叫做SUMO連接酶的亞基，該亞基作用于SMC5的鉸鏈區(qū)（coiled-coil），但SUMO連接酶的活性對(duì)于SMC5-SMC6復(fù)合體功能的發(fā)揮而言并非必要。與之相似，Nse1是復(fù)合體的必需結(jié)構(gòu)，但是Nse1的亞基泛素連接酶是否活化對(duì)于復(fù)合體并無影響[46]。SUMO以及泛素連接酶的活化可以響應(yīng)外源的DNA損傷。目前已經(jīng)證實(shí)DNA修復(fù)時(shí)需要大量的泛素作為底物。

DSB可以發(fā)生于DNA復(fù)制期，或者暴露在造成DNA損傷的因素下。DSB的正確修復(fù)是細(xì)胞存活以及基因組穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。真核生物細(xì)胞主要有2種DSB修復(fù)機(jī)制：NHEJ（non-homologous end-joining）和HR（homologous recombination）。NHEJ途徑是將斷裂的DNA末端直接重新連接，而HR先要搜索到相似的序列，以此作為模板來修復(fù)斷裂位點(diǎn)。在酵母以及哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，同源重組優(yōu)先使用完整的姐妹染色單體作為DSB修復(fù)模板。DNA損傷的檢測(cè)可以活化DNA修復(fù)路徑以及檢查點(diǎn)，以此來為修復(fù)爭取到充足的時(shí)間。這些損傷響應(yīng)必須相互協(xié)同來確保細(xì)胞周期的暫停，直到修復(fù)完成[47]。

SMC5-SMC6復(fù)合體可以被招募到DSB位點(diǎn)，從而參與同源重組修復(fù)[48]。SMC5-SMC6突變體中各種DNA損傷的修復(fù)過程都會(huì)出現(xiàn)異常。正常細(xì)胞中只有很少的SMC6結(jié)合到染色質(zhì)上，而一旦DSB產(chǎn)生，斷裂位點(diǎn)附近區(qū)域結(jié)合的SMC6數(shù)目有顯著提升。除了SMC5-SMC6復(fù)合體，黏結(jié)蛋白和凝聚蛋白也會(huì)響應(yīng)DNA損傷。黏結(jié)蛋白和SMC5-SMC6聚集在DSB位點(diǎn)作為DNA損傷響應(yīng)的一部分[49-51]。

最近的研究表明，SMC5-SMC6復(fù)合體在減數(shù)分裂過程中也有一定的功能。減數(shù)分裂中的重組事件需要SMC5-SMC6復(fù)合體的參與。當(dāng)減數(shù)分裂重組中間體不能正常地形成交叉或非交叉時(shí)，會(huì)出現(xiàn)異常的聯(lián)結(jié)分子結(jié)構(gòu)（joint molecules，JMs），這些JMs有可能會(huì)阻礙染色體分離[52]。RecQ家族的DNA解旋酶Sgs1能夠限制JM結(jié)構(gòu)的形成，結(jié)構(gòu)選擇性核酸酶Mus81-Mms4、Slx1-Slx4以及Yen1也可以參與消除JMs。在芽殖酵母中，SMC5-SMC6復(fù)合體通過2種機(jī)制來抵消JMs的影響：通過破壞SEI（Single End Invasions）中間體的穩(wěn)定來預(yù)防JMs的產(chǎn)生;促進(jìn)JM的分解[53]。