文献综述
DNA拓扑异构酶
1971年J.C.Wang发现了第一个可改变DNA拓扑结构的omega;蛋白以来，研究者们对这种DNA拓扑异构酶(Topo)进行了细致的研究[1，2]。该酶通过调节超螺旋、连锁、去连锁以及核酸解打结作用，影响DNA拓扑结构[3]。其作用机制是通过两个连续的转酯化反应，断开和连接DNA链的磷酸二酯键，介导DNA单链或双链的瞬时断裂和再连接，使DNA的拓扑结构发生变化[4]。拓扑异构酶是生物体内广泛存在的一类必需酶，参与DNA复制、转录、重组、修复等所有关键的核内过程[5]。
在20世纪70年代首次发现拓扑异构酶后，对其命名是根据其被发现的先后顺序，而有趣的是后来新的分类标准中的I型拓扑异构酶恰好是先前分类方法分类的名字中含有奇数的拓扑异构酶，而含有偶数的就对应着II型。I型拓扑异构酶（Top I）通过在单链上引入切口和重连的方式来改变DNA的超螺旋程度；II型拓扑异构酶（Top II）则是通过切开其中一条双链的同时，使得另外一条从切口处穿过，并伴随切口的连接[6]。随后又发现了促旋酶（属II型，可以引入右手螺旋）以及反向促旋酶（属I型，可以引入左手螺旋），而这两种酶的命名则是依据它们的特殊性质。后来人们又提出更为全面系统的分类法，此种分类方法是根据它们在基因序列上相似的程度进行分类。它将两个类型的拓扑异构酶更进一步的分为5个亚族，即IA、IB、IC、IIA、IIB[6]。除了IC型与其他亚族不具备同源性外，其它同一个亚族在作用机制以及自身结构上具有相似性。
1.1 I型拓扑异构酶：
1.1.1 I型拓扑异构酶的作用机理：
Topo I在DNA双链上产生单链断裂，另一单链从此缺口处穿过，改变DNA 超螺旋或DNA螺旋化不足的情况[7].Topo I中的络氨酸与DNA3rsquo;断裂的磷酸盐以共价结合，同时在断裂缺口的5rsquo;位形成羟基末端，5rsquo;羟基末端绕另一完整的DNA链旋转，当完整链进入到Topo I活性“口袋”之后，Topo I活性空腔关闭，DNA断裂链进行重连，此后，Topo I闭环再次打开，DNA被释放出来，完成一次松弛过程。整个过程使得DNA的螺旋程度增加或降低一个连系数(linking number).这种结构上的特性使Topo I对正超螺旋和负超螺旋DNA具有几乎相同的松弛能力[8]。
1.1.2 I型拓扑异构酶的分类：
1.1.2.1 IA型拓扑异构酶：
IA型DNA拓扑异构酶（Type IA）作用于5#39;-端；Type IA包含细菌Topoisomerase I、Topoisomerase III、古细菌Reverse gyrase、古细菌Topo III、真核生物Topo III[9]。
IA型拓扑异构酶由四个结构域组成，这些结构域一起形成一个环形结构，其中心孔足够容纳单链和双链DNA：N端alpha;/beta;Toprim结构域，结构域2和C端结构域4是有翼螺旋结构域，而结构域3是beta;片层。结构域1（Toprim）和3形成了酶的活性位点，而有翼螺旋结构域2和4形成了单链DNA结合槽[10，11]。
在DNA拓扑异构酶的IA型家族成员中发现的此拓扑异构酶-引发酶（TOPRIM）域类似于在古细菌和嗜热细菌中发现的ATP依赖性逆向旋回酶。 IA型DNA拓扑异构酶通过以下方法去除DNA中的负超螺旋：裂解DNA双链体的一条链，共价连接至DNA断裂的5#39;磷酸末端，并允许双链体的另一条链通过间隙[2]。 反向旋转酶还能够在ATP存在的情况下插入正超螺旋，在AMPPNP存在的情况下插入负超螺旋[12，13]。TOPRIM域具有两个保守的基序，其中一个以保守的谷氨酸为中心，另一个以两个保守的天冬氨酸（DxD）为中心。对于拓扑异构酶，保守的谷氨酸被认为在链连接中充当一般碱，并且在链断裂中充当一般酸。DXD基序可以配位Mg2 ，这是完全催化功能所需的辅助因子[14]。
1.1.2.2 IB型拓扑异构酶：
IB型DNA拓扑异构酶（Type IB）作用于3#39;-端，不需要DNA或金属离子的单链区域即可发挥作用。Type IB酶DNA拓扑异构酶的IB型家族包括真核核拓扑异构酶I，痘病毒的拓扑异构酶和Type IB的细菌型。真核IB型分子很大，分子量通常超过90kDa，而病毒和细菌IB型分子相对较小，约为36kDa。虽然它们的大小不同，但所有类型的IB分子在活性位点区域周围拥有共同的折叠及共同的催化机制[15]。
人类TopoI是哺乳动物TopoI的原始型，属于TopoIB类拓扑异构酶，其相对分子量为91kDa，共含765个氨基酸，定位于20号染色体.TopoI根据结构域功能可以划分为以下4个区域:C端结构域、核心结构域、连接子区域、N 端域[16，1].其中：(1)C端域：相对分子量为6.3kDa，由氨基酸713-765构成，该区包含关键活性位点残基Tyr723，与独立的核心结构域重组即可得到近乎全酶的活性，该区域还与TopoI的激酶活性有关;(2)核心结构域：54kDa，由氨基酸215-635组成，包含了除Tyr723以外的(Arg488、Arg590、His632、Lys532等)所有活性位点残基;(3)连接子区域：7kDa，包含氨基酸636-712，该区域与催化活性无关，但通过与DNA 切割位点下游的核苷酸形成氢键，对DNA 下游有稳定的作用，进而可以减缓再连接过程;(4)N端域，24kDa，包含214个氨基酸，具有高度正点性，疏水氨基酸很少，不能形成稳定球形结构域[2]。
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