CRISPR-Cas系统如何激活细胞DNA修复机制？

当CRISPR-Cas系统通过Cas蛋白质的切割作用引起DNA双链断裂后，细胞会启动DNA修复机制以修复这些断裂。

在DNA断裂修复过程中，存在两个主要的修复机制：

非同源末端连接 (Non-Homologous End Joining，NHEJ)：NHEJ是一种常见的DNA修复机制，特别适用于DNA双链断裂的修复。在NHEJ中，细胞利用内源性的修复蛋白质将断裂的DNA末端直接连接起来，无需参考外源模板。这种修复机制的特点是快速而有效，但准确性较低，可能会引入插入或缺失的突变。
同源重组 (Homology-Directed Repair，HDR)：HDR是一种精确的DNA修复机制，它依赖于外源DNA模板的参与。在HDR中，细胞利用与断裂DNA序列相同或相似的外源DNA模板进行修复，以恢复断裂的DNA序列。HDR通常发生在细胞的S期和G2期，这是因为细胞在这两个细胞周期阶段具有同源染色单体对 (homologous chromatid pair)，可以利用同源染色单体对中的姊妹染色单体作为外源模板进行修复。相比于NHEJ，HDR的修复准确性较高，但其发生的频率较低。

需要注意的是，NHEJ和HDR这两种修复机制是竞争性的，其相对使用的比例取决于细胞类型和修复环境等因素。CRISPR-Cas系统的基因组编辑过程中，利用HDR修复机制可以实现精确的基因组编辑和修饰。为了促进HDR修复，通常会提供外源DNA模板，其中包含了所需的修复片段。

细胞的DNA修复机制对于维持基因组的完整性和稳定性至关重要，而CRISPR-Cas系统通过引发DNA断裂并激活细胞的DNA修复机制，实现了对基因组的精确编辑。这种技术革命性地改变了基因组编辑领域，并为研究人员提供了一种高效、精确和可定制的基因组编辑工具。