人生沒有用不到的經歷

"染色體轉位" 先要有DNA strand breaks，double strand break(DSB) or single strand break(SSB)。
 

DNA double strand break最經典也最精準的修復方式是Homologous recombination (HR)，但這種修復方式發生於G2 phase，有分裂能力的細胞才會發生。

已分化完成的細胞不再分裂，DNA若有double strand break，要靠Non-homologous end joining (NHEJ)，這種修復方式較容易發生錯誤(Error-prone)。

Homologous recombination(HR)的作用模式如下：
   

HR過程有點複雜，但不難理解。MRN complex 先與DSB結合(辨識DSB，避免DNA breaks裸露在外)，並將部分鹼基切除，BRCA1會參與鹼基切割並調控切割的範圍。BRCA1有突變的人，因HR缺陷導致更多基因突變而致癌。接下來是Rad51/BRCA2/PALB2引發DNA strand invasion，利用另一股染色體上相對位置的DNA為模板來修復DSB。最後的Holliday junction (7) 要靠Topoisomerase I來解開。HR對Genome stability非常重要，人類有一個突變存在BRCA2，也因HR缺陷導致更多基因突變而致癌。

Non-homologous end joining(NHEJ)的作用模式如下：
 

左側是典型的NHEJ，用Ku70/Ku80辨識DSB，右側是Alternative NHEJ，如同HR用MRN complex來辨識DSB。NHEJ有多種蛋白參與，這些蛋白功能複雜，包括Kinase、Phosphatase、Endonuclease、Exonuclease、helicase等。

HR及NHEJ都需要複雜的蛋白參與修復DNA double strand breaks，目的在維持修復的精準性，既要防止鹼基錯誤造成突變，又要防止裸露的DNA與另一條也發生double strand break的染色體進行NHEJ，這樣就會造成染色體轉位(Translocation)。

NHEJ的重要性在免疫系統T cell receptor(T cell)與Immunoglobulin(B cell)的基因重組，前者(T cell)發育至青春期，後者(B cell)在人體從新生兒就開始發生抗體的基因重組，六個月之內要產生夠多夠雜的抗體(註一)來取代從母體經胎盤輸入的IgG，此後終其一生都斷斷續續在進行抗體的基因重組(註二)。
註一：這些抗體與生俱來，專一性不高，但足以對抗新生兒(及成體)日常接觸的細菌或病毒。
註二：人體經感染後，骨髓中的B cell為入侵的抗原訂做的專一性抗體。

下圖是抗體 Immunoglobulin heavy chain (IgH) 的基因重組過程：
   
左側VDJ joining發生於骨髓，DNA double strand break由RAG1/2(recombination-activating gene, RAG1 and RAG2)造成。DNA在V-D, D-J重組有兩次Double strand breaks需用NHEJ來接合。
右側Class switching recombination (CSR--例如從IgM轉變成IgG)發生於脾臟或淋巴結的Germinal center，DNA double strand break由AID(Activation-induced deaminase)/Uracil N-glycosylase/AP endonuclease造成。

抗體基因移除一段DNA後，會發生Double strand break。VDJ joining與Class switching都是用NHEJ來接合。下面是RAG及AID作用的簡圖:  
 
RAG的作用機轉，見於骨髓的VDJ Joining。三角形的部位是RAG1/RAG2 Dimer在DNA上的辨識部位(Recognition signal sequence即RSS)
--------------------------------------------------------
 
AID的作用機轉，見於周邊淋巴組織的CSR。Cytosine  deamination變成Uridine，就是先製造一個突變，然後再除去突變的鹼基，造成兩個Single strand breaks。
-----------------------------------------------------
 
上圖是B cell胞膜上的IgM，Heavy chain 與 Light chain都要經過VDJ joining。我們以B型肝炎病毒為例，它有core (HBc), envelope (HBe), surface (HBs)三個抗原。當HBc(Core antigen)與B cell胞膜上的Anti-HBc IgM(如上註一, Anti-HBc IgM是與生俱來的抗體)結合後，該B cell會活化分裂並製造Anti-HBc IgM進入血液中，因此Anti-HBc IgM最早出現，在急性期ALT上升就可測到(約兩週)。隨後，B cell會在Germinal center進行Class switching recombination，產生Anti-HBc IgG。Anti-HBe IgG及Anti-HBs IgG是 "訂做" 的專一性抗體，約70%的人感染B型肝炎後，T cell可先清除病毒，這些人的Anti-HBe及Anti-HBs IgG要感染後4-6個月才能在血液中測到。但並非每個人都能在感染後如期產生Anti-HBc, anti-HBe, anti-HBs IgG，有些人產生較晚，有些人不會產生。

B cell在骨髓及周邊淋巴組織都可能發生基因重組，當你打疫苗時，B cell會在周邊淋巴組織發生Class switching recombination (CSR)；當你被一個從未感染過的病毒或細菌感染後，B cell可能在骨髓中發生VDJ joining，然後在周邊淋巴組織發生CSR。如果VDJ joining及CSR發生時，斷裂的DNA沒經NHEJ正確接合，恰巧另一條染色體也發生斷裂，就可能經NHEJ產生染色體位移：
 
以上的染色體轉位主要是淋巴瘤(Lymphoma), Burkitt's lymphoma就是上面的Myc與IgH轉位, 造成Myc oncogene被IgH基因的Enhancer推動而大量表現。

Immunoglobulin heavy chain 在第14對染色體(IgH)，l light chain在第22對染色體，k light chain在第2對染色體，這些染色體是轉位常發生的地方。骨髓裡有負責全身細胞再生的幹細胞，非造血系統的腫瘤，轉位可能發生於骨髓幹細胞，到周邊分化為Progenitor cell之後，可能以癌前細胞的性質分化為某器官的細胞。以肺癌為例，EML4-ALK fusion佔NSCLC(Non-small cell lung cancer)的5%，它是第2對染色體內部基因的移動造成，原始細胞可能來自骨髓。

 
ALK(Anaplastic lymphoma kinase)是一種Receptor tyrosine kinase，當與EML4形成Fusion protein後，ALK的Kinase活性會異常活化。

源自上皮細胞(Epithelial cells~ 呼吸道、消化道、泌尿系統、皮膚、各種腺體)的癌症稱之為Carcinoma，由於累積的突變多，染色體斷裂機會大，隨機轉位的頻率也高。RAG與AID是目前已知染色體轉位最常見的 "啟始" 機轉(即先製造Double strand breaks)，其它機轉諸如Oxidative oxygen free radicals 造成DNA strand breaks，在人體隨處都有；DNA複製時遇到打結(Nick)，解開Nick時發生Nuclease errors (topoisomerase, endonuclease, exonuclease等)，都可能隨機產生Double strand breaks引發染色體轉位，這些可能是Carcinoma形成的原因，也可能是Carcinoma形成後因為突變多了，修補突變及DNA斷裂的精確性變差的結果。