DNA 复制和转录发⽣在⽣命各个领域的所有活细胞中。这两个基本过程同时发⽣在同⼀模板上，导致执⾏这些功能的⼤分⼦机器之间发⽣冲突。过去几十年的⼤量研究表明，这在原核和真核细胞中都是不可避免的问题。我们已经知道，冲突会导致复制叉逆转、DNA 断裂、R-loop 形成、拓扑应力和突变，最终会影响进化。最近的研究还深⼊探究了缓解、解决和容忍冲突的各种机制，以及冲突如何在不同物种之间导致不同的病理后果。在这篇综述中，我们总结了有关复制和转录机器之间相遇结果的当前知识，并探讨了如何跨物种处理这些冲突。
⾼效、准确的基因组复制是从细菌到⼈类的所有活细胞中的⼀个重要过程。除了忠实的 DNA 复制之外，有效且精确的基因表达对于细胞⽣存也是必要的。复制体是⼀种复制 DNA的⼤分⼦蛋⽩质复合物，它逐个核苷酸地读取和复制整个基因组，以确保遗传信息的成功传播。 同时，RNA 聚合酶 (RNAP) 与相关转录因⼦⼀起转录基因组⽚段以产⽣功能性 RNA。复制体和RNAP都使⽤相同的DNA底物同时执⾏其功能，导致两者之间不可避免的冲突。
前导链上编码的基因被转录，使得复制和转录复合物沿着 DNA 同向移动（图1）。尽管共向冲突具有破坏性，但与复制体在滞后链基因上遇到 RNAP 时导致正⾯冲突相比，它们对细胞的危害较小（图1）。早期细菌体内电⼦显微镜 (EM) 实验使⽤位于⾼度转录的核 糖体 RNA 操纵⼦上游或下游的诱导起源，发现了这两种冲突结果的明显差异。后来其他人在各种细菌和真核系统体内探索了这些方向依赖性效应，证实这些现象并非特定于 rRNA 操纵子，而可能是全基因组范围内的普遍问题。最终，正面冲突的有害后果被证明要严重得多，这不仅包括复制停滞，还包括复制复合体的分解，从而需要重新启动复制；普遍的 DNA-RNA 杂合体（R-loop）形成；冲突区域的扭转应力；诱变增加。
⼤多数描述冲突结果的体内⼯作最初是在细菌系统中进⾏的。在大多数细菌中，DNA 复制起源于单⼀起点 [染色体复制起点(oriC)]，并围绕染色体双向进行，直到两个分叉在复制终点位点(ter)汇聚。复制速率比转录速率快 10 倍以上，使得复制体和RNAP 之间的同向相遇不可避免。由于⼤多数细菌物种的复制起始于单⼀起点，因此可以明确确定基因相对于复制的⽅向，从⽽使细菌成为研究体内冲突和基因⽅向相关效应的理想系统。
真核细胞中复制-转录冲突的存在和频率最初引起了争论。已经描述了真核细胞可能能够在时间和空间上分离复制和转录的各种实例。例如，与⼤多数细菌物种不同，真核细胞中的复制和转录以相似的速率进⾏，从⽽可能最⼤限度地减少同向碰撞及其后果。然⽽，最近，很明显这两种类型的冲突被发现也发⽣在真核⽣物中。事实上，在某些情况下，无论复制或转录机器的速度如何，冲突本质上是不可避免的，例如基因太长而无法在单个细胞周期中转录或在高 RNAP 密度的区域。最终，⼈们发现转录可以破坏真核细胞中的复制并诱导重组，这是冲突的关键⽣物标志物。此外，最近来⾃各种研究的证据表明，⼈类细胞中的复制起点在转录起始位点 (TSSs) 处富集，⼏乎保证了复制体在起点激发后不久就会遇到 RNAP，可能在两个⽅向上。因此，冲突是对细胞活力和基因组完整性不可避免的威胁，不仅在原核⽣物中，在真核细胞中也是如此。
在这⾥，我们回顾了⽬前关于这些遭遇时复制和转录的分⼦命运以及基因组如何因此⽽不稳定的知识。我们描述并⽐较原核细胞和真核细胞避免、解决和耐受的策略，冲突以及这些事件对基因组稳定性和突变的影响。最后我们讨论⼀下复制-转录冲突的病理意义，特别是当它们与两个对⼈类健康最紧迫的威胁——抗生素耐药性和癌症相关时。
冲突期间复制和转录的命运
复制-转录冲突会导致两种机器产⽣不同的物理结果。⽆论基因方向如何，复制体在遇到 RNAP 时就会停止，这可能会导致在重新启动复制之前进行分解和复制叉反转。
复制叉停滞
当复制体沿着 DNA 遇到 RNAP 时，尤其是从相反的⽅向接近RNAP 时，它就停⽌了。来⾃重组噬菌体复制系统的体外研究的早期证据表明，在没有额外解旋酶的情况下，复制叉被单个正面 RNAP 完全阻断，并且在同向遇到 RNAP 之后显著减慢。这些结果与体内数据⼀致：通过将起点置于高度转录的核糖体 RNA 操纵子的上游或下游，French证明，正面冲突会极大地阻碍大肠杆菌中的复制叉进展。随后在与大肠杆菌高度不同的其他细菌系统中观察到了这一点。在酿酒酵母中也观察到了这一现象，其中当转录与复制方向相反时，复制体会在 tRNA 位点内停滞。
许多研究试图找出正⾯冲突地区复制叉严重停滞的原因。复制和转录都需要解开DNA 模板，在机器之前产⽣正超螺旋。这导致了一种模型，即两个机器之间建立正超螺旋，而不是大分子复合物之间的直接物理对抗，本质上阻碍了它们的进展，并导致正面冲突的严重后果。⼤部分⼯作现在⽀持这个模型。最近对枯草芽孢杆菌的⼀项研究表明，两种II 型拓扑异构酶可优先解决正超螺旋，即旋转酶和拓扑异构酶 IV (topo IV)，与精⼼设计的正⾯冲突地区相关，但不是同向冲突地区。此外，当基因正面转录但不是同向转录时，抑制这些相同的拓扑异构酶，导致复制解旋酶在冲突区域进一步积累，这表明在正面冲突期间未解决的正超螺旋的积累确实加剧了复制体停滞。在真核⽣物中，使⽤邻近连接检测观察到PCNA 和 RNAP 之间存在密切的相互作用，这表明两台机器之间的直接碰撞是可能的，复制也可能会停⽌。这并不排除以下可能性：复制体和 RNAP 之间正超螺旋的积累是冲突区域复制停滞的最初贡献者，这些结果并不令⼈惊讶，因为复制体最终必须穿过转录单元。
在同向冲突中，两个机器之间的正超螺旋的累加效应似乎被最⼩化。正超螺旋在 RNAP 之前积累，而负超螺旋则在其后面生成。因此，在复制和转录之间的同向相遇中，复制解旋酶之前产生的局部正超螺旋可能会被活性 RNAP 后面产生的负超螺旋所中和。 这与细菌和酵母的体外和体内数据一致，表明同向冲突不会像正面冲突那样使复制体停滞到同样的程度。
复制体分解
鉴于冲突使复制体停滞，问题仍然是在这些遭遇期间复制机制会发⽣什么。⼀种可能性是，在停滞后，复制体分解。遗传和分⼦研究的证据⽀持这⼀模型。首先，复制重启蛋白有助于在起源之外独立于序列重建复制体，这对于不同的细菌物种都是必需的，这表明在某种程度上，复制体在复制过程中经常分解和重新组装。其次，当该模型在活细胞中以单分子分辨率进行测试时，Mangiameli 等人证明复制体在革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌中都会多次停滞和分解。 事实上，据估计，在指数增长期间至少发生五次分解事件。值得注意的是，这项研究将观察到的复制不连续性与转录的遭遇直接联系起来：抑制转录和/或不稳定的RNAP突变体消除了观察到的复制解旋酶和夹钳装载复合物的不稳定，并增加了复制速率。 有趣的是，这些观察结果与早期的体外数据形成鲜明对比，早期的体外数据表明复制体在正面冲突区域保持稳定。这些体外重构系统可能缺乏参与冲突处理的额外相关因素和过程和/或缺乏复制叉的内生障碍（例如拓扑约束）。
复制叉反转
复制停滞和随后的复制体分解将 DNA 留在冲突位点会使其容易受到损坏。复制叉反转 (Replication fork reversal，RFR) 是⼀个过程，停滞的复制叉中新合成的 DNA 链在停⽌时相互退⽕，产生Holliday junction样结构，通常称为“鸡脚”。这种结构可以通过延长解决冲突的时间来保护冲突区域的复制叉（例如移除RNAPs），并通过重新组装复制体来重新启动复制。有⼤量研究表明重组酶RAD51 促进真核⽣物中的RFR。有趣的是，RAD51 定位于冲突区域并保护反转的复制叉在 S 期免受转录依赖性损伤。⽬前，RAD51 的细菌同源物 RecA 在细菌中是否具有相似的功能目前尚存争议。然⽽，枯草芽孢杆菌的遗传和分⼦研究表明，RecA 的功能与重启蛋⽩的途径相关，在冲突地区，RecA 是招募重启蛋⽩到冲突地区所必需的。然而，目前尚不清楚 RecA 的参与是否会促进重组事件、RFR 和/或复制重启。
在细菌（枯草芽孢杆菌）和⼈类细胞（MCF7 细胞）中进⾏的 EM 研究现已提供了 RFR 发⽣在⾼转录区域的直接证据。Stoy 等人利用枯草芽孢杆菌染色体上的工程冲突系统表明，诱导报告基因转录会导致反向叉结构的积累。类似的，在人类细胞中，DNA纤维测定被用来追踪雌激素诱导的转录爆发之前和之后的核苷酸掺入，其中在转录诱导时观察到较慢的复制叉。抑制促进RFR的复制叉重塑酶也会增加分叉速度，这表明RFR 经常发生，可能发生在人类细胞的高转录区域。有趣的是，细菌和人类细胞中复制叉减慢的这些情况都依赖于 DNA-RNA 杂交体的形成和/或 R-loop 处理（请参阅标题为“冲突和 R-loop ”的部分中有关R-loop 的进一步讨论）。这项工作提供了超越遗传和分子相互作用的直接证据，证明复制叉在高转录位点停滞并经历 RFR。
复制重启
停滞或折叠的复制叉必须重新启动以维持细胞活⼒，特别是在细菌中，因为它们只有⼀个复制起点。在细菌中，复制在起始点之外重新启动需要 Pri 蛋⽩。Pri蛋白可以在停滞的叉或 D-loop 结构（重组过程中形成的中间底物）处重新组装复制体。 众所周知，复制重启蛋白被招募到冲突地区。耗尽枯草芽孢杆菌细胞中必需的重启蛋白 PriA 可防止复制叉分解后解旋酶复合物的任何重组。 此外，缺乏 PriA 的细胞的生长缺陷可以通过影响该复合物稳定性的 RNAP 突变来挽救，这支持了 PriA 能够在冲突区域恢复复制叉的模型。 这与枯草芽孢杆菌的早期研究结果一致，该研究表明，PriA 与复制解旋酶 (DnaC) 和解旋酶加载因子 (DnaB) 一起在复制起点之外发挥作用，至少在同向定向的 rRNA 操纵子中如此。鉴于 Pri 蛋白类似物尚未在真核细胞中具体鉴定，复制体分解和在冲突区域重新启动的直接证据和机制（如果有的话）仍然不清楚。
重组
除了 RecA 之外，在原核和真核细胞的多项研究中，其他重组蛋⽩也与冲突解决有关。人们发现解旋酶-核酸酶复合物 AddAB 是枯草芽孢杆菌中复制重启的先决条件。同样，携带反向、高表达核糖体操纵子的大肠杆菌的生存能力需要双链修复蛋白复合物 RecBC（AddAB 同源物）；通过在 RNAP 中引入不稳定突变可以减轻活力的丧失。RecBCD/AddAB、RuvABC（Holliday junction resolvase）和 RecG 对反转复制叉的处理可以为 PriA 依赖性复制重启创建 DNA 底物。PriA 最终启动复制解旋酶 DnaB（枯草芽孢杆菌中的 DnaC）的加载，然后重新组装复制体的其余部分。
尽管很明显需要重组蛋⽩来克服细菌中的冲突，真核⽣物中是否也是这种情况尚未得到彻底研究。破译真核⽣物复制叉的命运很复杂，因为重组蛋白的多效性使得很难描述复制受损的直接结果。然而，最近的证据表明重组酶和 DNA 修复蛋白参与了冲突区域复制叉的重启。 BRCA1（同源重组 DNA 修复的关键组成部分）缺失的细胞特别容易受到复制-转录冲突的影响。 此外，正如活细胞显微镜实验中所鉴定的那样，重组因子 BRCA2、BLM 和 FANCD2 在冲突被诱导时均在细胞核内共定位。尽管这些因素中的每一个都是短暂冲突诱导下生存所必需的，但尚不清楚这些蛋白质的作用是否是稳定复制叉、产生和处理反转复制叉、和/或促进重组以允许复制重新启动。
在真核细胞中，复制重启机制可能与原核细胞中的不同，因为停滞的复制可能会被来⾃附近原点的、即将到来的另一复制叉迅速挽救。如果是这种情况，可能不需要重新启动阻塞的复制叉。在 G1 阶段的起点许可期间，起点上加载的 MCM2-7 复合物比完成 DNA 合成所需的多三到十倍。这种不活跃的休眠起点在复制压力条件下被激发。事实上，在 RNAPII 突变的细胞中观察到了额外的起始激发，增加了 DNA 上聚合酶的保留。这种替代机制可能使细胞能够最大限度地减少冲突对复制叉停滞和复制体潜在分解的影响。
RNA 聚合酶在冲突时的命运
RNA 聚合酶在复制过程中的命运⼀直是深⼊研究的主题。细菌中的⼏条证据表明，⽆论相遇的⽅向如何，通过转录单位的复制都会导致 RNAP 驱逐。这是在⼤肠杆菌的早期 EM 研究中⾸次观察到的，其中⼀旦复制叉穿过⾼度转录区域，以相同或相反复制⽅向转录的 RNAP 复合物就会丢失。后来使⽤基于⼤肠杆菌蛋⽩的重组系统进⾏的研究表明，复制体本⾝能够驱逐 RNAP，可能是通过破坏复合物的稳定性，这发⽣在正⾯⽅向和同向⽅向中。在后⼀种情况下，复制体似乎能够使⽤仍与模板 DNA 链结合的剩余废弃 mRNA 作为前导链合成的引物，⾄少在体外是这样。这种复制体介导的 RNAP 去除得到辅助因⼦的协助（参⻅标题为“辅助解旋酶”的部分），并促进复制进程超越冲突区域。在真核细胞中，RNAP 在冲突区域的命运尚不清楚，需要进⼀步研究。
冲突和R-loop
正⾯冲突对细胞的危害明显更⼤，这表明当转录以相同或相反⽅向进⾏时，复制体的破坏⽅式存在重要差异。除了拓扑限制之外，最近的研究表明 R-loop 是这些差异的关键组成部分之⼀。R-loop 是当新⽣ RNA 转录物与 RNAP 后⾯的模板DNA 链重新退⽕时形成的三链 DNA-RNA 杂合结构， 留下⾮模板链作为单链 (ss) DNA（图2a）。这些动态⽽稳定的结构在原核和真核基因组中都很丰富。
正面冲突区域的R-loop
原核⽣物和真核⽣物中 R-loop 的负⾯影响是相似的，并且有充分的记录。R-loop 的形成导致染⾊体重排、重组、双链断裂 (DSBs) 和其他基因组不稳定性标记。 R-loop 还可能促进正⾯冲突区域内的诱变：共转录R-loop 通过⼤肠杆菌中的 DSBs 促进应激诱导的突变；去除 R-loop（通过 RNase H 的过表达，RNase H 能够降解 R-loop 的 RNA 部分）可以缓解枯草芽孢杆菌中冲突诱导的突变。
因此，据预测，R-loop 可能会加剧冲突，并导致正⾯冲突中观察到的有害后果。事实上，两项分别在枯草芽孢杆菌和⼈类细胞中使⽤染⾊体和游离诱导冲突系统的基础研究表明，正⾯复制-转录冲突，⽽不是同向复制-转录冲突，促进了 R-loop 的形成和积累，在相遇区域。后来在携带染⾊体冲突系统的酵⺟中也获得了类似的结果。R-loop 在遇到复制之前形成共转录，但似乎也在正⾯冲突期间积累。如果没有解决方案，R-loop 被发现会完全阻止正面冲突区域的复制，并诱导不同的 DNA 损伤修复机制。这些发现表明，R-loop 结构可能是一个关键因素，可以解释正面方向冲突的更严重影响。因此，冲突区域的 R-loop 形成和稳态调节有多种机制（参见标题为“R-loop 解决因素”的部分）。
R-loop结构的RNA-DNA杂合体在正⾯冲突区域的滞后链上形成。复制解旋酶（CMG 复合物）在真核⽣物的前导链上传播。 相反，复制解旋酶（⼤肠杆菌中的 DnaB和枯草芽孢杆菌中的 DnaC）沿着细菌中的滞后链传播。然⽽，正⾯遭遇会导致原核⽣物和真核⽣物中相同的 R-loop 介导的复制中断。这⼀悖论意味着，破坏复制的可能不是 DNA-RNA杂交体本⾝，⽽是由 R-loop 稳定的 RNAPs 引起的。⽀持这⼀假设的是，原核⽣物和真核⽣物中的RNAPs 都 与 DNA 的两条链结合，因此是复制体的有效物理障碍。使⽤重组的⼤肠杆菌DNA 复制系统，Brüning 和Marians 证明，⽆论链⻓度如何，DNA-RNA 杂合体本⾝并不是 DNA 复制的重⼤障碍（图2b，顶部）。在他们的实验系统中，他们观察到只有在 RNAP 存在的情况下，复制才会受到严重阻碍，并且需要清除 RNAP 才能恢复复制（图2b，底部）。真核生物中缺乏直接证据表明，只有当 RNAP 与 R-loop 结合时，R-loop 在正面方向上的复制体阻断才会被介导。然而，失活的 Cas9 (dCas9) 与引导 RNA (gRNA) 一起在重组酵母复制系统中产生了有效的复制障碍，这表明蛋白质结合的 DNA-RNA 杂合体存在复制问题（图 2b，底部）。 此外，来自真核模型的其他间接体内证据支持这样的结论：RNAP 与 R-loop 结合而不是单独的任何一个成分会阻断复制。
有趣的是，在有利于 R-loop 形成的条件下直接观察冲突区域，揭示了枯草芽孢杆菌和人类细胞中复制叉后面（而不是前面）的 DNA-RNA 杂交体的积累。 这些复制后杂合体被假设是由 R-loop的部分加工产生的，这些R-loop 最初在复制叉之前的正面冲突区域形成，随后将 DNA-RNA 杂合体残余物掺入子链中。 在复制体后面还观察到小的 ssDNA间隙，这些间隙在 RNase H 处理后显著延长，表明R-loop可能导致新生链持续不连续。 这些不连续性在易于发生 DNA-RNA 杂合积累和杂合介导的叉停顿的人类细胞中观察到，表明在正面复制-转录冲突区域可能形成复制后 DNA-RNA 杂合中间体，这可能是 R-loop 介导的复制体阻塞的一个促成因素。 需要进一步调查来解决这些悬而未决的问题。
同向冲突处的R-loop
R-loop也可以在复制和转录机器之间的同向相遇区域形成。尽管这些在前导链上形成的 R-loop 会稍微减慢复制叉的进展，但它们对复制体的破坏性比在正面冲突区域形成的 R-loop要小得多，并且与基因组不稳定无关。这可能是由于复制体能够解析前导链 R-loop 或完全跳过它们。有趣的是，在真核生物中，CMG 复制解旋酶可能能够解析同向 R-loop，因为它存在于前导链上，并且具有已证明的 DNA-RNA 解旋酶活性（图2c，左）。然而，考虑到复制解旋酶在滞后链上传播，细菌可能以不同的方式克服同向冲突区域的 R-loop。 事实上，细菌复制体可能能够完全绕过它们（图 2c，右），从而最大限度地减少任何负面影响，正如在重组的大肠杆菌 DNA 复制系统中所证明的以及之前在体内观察到的那样。
拓扑约束对 R-loop 形成的影响
RNAP 背后缠绕的DNA（负超螺旋）有利于原核⽣物和真核⽣物中的双链解链和 R-loop 形成。在细菌中，R-loop 已被证明在旋转酶的存在下更容易形成或稳定，如果旋转酶继续分解超出必要水平的正超螺旋，则会产生解旋的 DNA。这促使产生了一个模型，其中旋转酶活性可以促进正面冲突区域 R-loop的形成。 因此，枯草芽孢杆菌中的旋转酶突变破坏了其产生负超螺旋的能力，降低了 R-loop 水平，并在染色体上含有强烈的、工程化正面冲突的细胞中挽救了 R-loop 致死率，这表明旋转酶的活性驱动 R-loop 的形成和/或正面冲突区域的稳定性。 这些发现表明，R-loop 和拓扑协同作用导致了正面冲突区域复制体停滞的严重性。
拓扑异构酶是改变细菌和真核⽣物中 DNA 拓扑状态的蛋⽩质，已被证明在介导复制和转录之间的相遇中发挥作⽤。通过本质上改变 DNA 的拓扑结构，拓扑异构酶可以影响冲突区域R-loop 的形成、调节和/或稳定性。正如标题为“复制叉停滞” 的部分中所讨论的，细菌 II 型拓扑异构酶促旋酶和拓扑 IV 的正超螺旋松弛可能是解决冲突的关键，因为它可以防⽌枯草芽孢杆菌模型中的复制体停滞和随后的细胞死亡，这可能是由于R-loop 的相应增加。然⽽，缺乏通过真核拓扑异构酶正向超螺旋松弛来解决冲突的直接证据。有趣的是，拓扑异构酶 2 (Top2) 在 S 期聚集在启动⼦区域周围。由于 Top2 在染⾊体重塑中发挥着重要作⽤，因此这种定位可能表明在协调染⾊质组织与活性转录⽅⾯发挥着作⽤，例如，通过打开和⽀撑转录因⼦结合位点。然⽽，这种与复制-转录冲突相关的协调中的任何具体作⽤尚未确定。
除了松弛正超螺旋之外，拓扑异构酶还可以解决负超螺旋，这对于冲突区域的 R-loop形成和调节⾄关重要。事实上，解决解旋的 DNA 可以防⽌ R-loop 的形成。因此，细菌拓扑异构酶 I (topo I) 可以解决负超螺旋，似乎可以防⽌有毒 R-loop 的形成，从⽽确保有效的复制进程。此功能是保守的：真核⽣物中的拓扑异构酶 1 (Top1) 对于基因组完整性⾄关重要，特别是在 R-loop 形成和/或与转录相关的拓扑约束⽅⾯。因此，拓扑异构酶在冲突解决中的⼀些作⽤可能是由于它们能够防⽌负超螺旋 DNA 内形成 R-loop。
避免冲突
鉴于原核细胞和真核细胞在每个细胞周期都完成复制，它们必须拥有各种策略来克服不可避免的复制-转录冲突。下⾯，我们讨论⼀些有助于最⼤限度减少冲突的已知机制。
真核细胞中复制和转录的空间和/或时间分离
真核细胞具有独特的能⼒，可以在时间和空间上分离复制和转录，从⽽有可能完全避免冲突。例如，核本⾝可能会派上⽤场。根据⼩⿏细胞显微镜研究的证据，这两个过程被划分为细胞核内空间上不同的区域，这可能会在 S 期期间将⾄少⼀些转录区域与复制隔离开。在⼈类细胞中也观察到了类似的趋势，其中核糖体(r) DNA 基因座定位于核仁外围进⾏复制，然后再重新定位到核仁内部进⾏转录。真核细胞也可能根据转录⽔平区分复制区域。 Dimitrova 证明，⼈类细胞中⾼度转录的 rDNA 位点在 S 期早期复制，⽽沉默的 rDNA 位点在 S 期中后期复制较晚。来⾃酵⺟活细胞显微镜的最新证据表明，复制之前的转录受到抑制，尽管机制尚不清楚。RNAPII 似乎还能够根据合法的复制起点重新分配 MCM 复合物，以防⽌转录基因内的复制，这是跨物种观察到的现象。除了这些机制之外，调控元件还可以通过充当与 DNA 结合的物理性复制叉屏障来专⻔保护某些基因免受正⾯冲突。这些因⼦可以短暂地阻⽌复制叉，防⽌复制⾼速进⼊活性转录单元。
同样不能忽视的是，真核⽣物中的冲突受到染⾊体背景的影响。越来越多的证据表明核⼩体动⼒学可以影响复制和转录之间的协调，⽽维持染⾊质稳态对于防⽌两者之间的相遇⾄关重要。总之，这些机制通常可以防⽌复制和转录之间的⼲扰。然⽽，真核细胞会主动保护复制叉，并在复制叉被破坏时拯救它们，这表明它们仍然遭受复制和转录之间不可避免的遭遇，并阻⽌复制叉的发⽣。解决冲突对于维持基因组完整性⾄关重要（另请参阅题为“常⻅脆性位点”的侧边栏）。
常见的脆性位点
真核染⾊体的某些区域可能⽆法将复制和转录分开。例如，在⼈类中，⻓度超过 800kb 的基因的完整转录估计需要⽐⼀个细胞周期更⻓的时间。有趣的是，这些基因与常⻅脆性位点（commonfragile sites，CFSs）的位置相关。 CFSs 是⼀种基因组区域，其特征是对复制应激、叉停顿增加和 DNA 断裂⾼度敏感。形成 CFSs 的⻓基因只有在同时转录和复制时才会断裂，这表明这种不稳定性源于复制和转录之间的时空重叠。有趣的是，R-loop 也在 CFSs 处形成，可能会拮抗复制进程并维护基因组完整性。然⽽，最近的研究对这些结论提出了质疑，并⽀持⼀种模型，即 CFSs 的复制延迟和随后的不稳定是由这些区域中复制起始的缺乏所驱动的。值得注意的是，该模型并未解决其他⼈观察到的 R-loop 在 CFSs 处形成的倾向。无论如何，CFSs 转录介导的不稳定性可以通过任⼀机制或组合来促进，并且可能取决于 CFSs 本⾝和/或其局部环境的背景。尽管如此，CFSs 仍然是真核⽣物复制-转录冲突的⼀个有趣的研究案例。
基因方向偏好
与真核⽣物相反，细菌很⼤程度上⽆法在时间或空间上离散地分离复制和转录。然⽽，⼤多数细菌染⾊体的⼀个主要特征是，⼤多数基因的定向使得转录与复制同向发⽣（即它们在前导链上编码），从⽽最⼤限度地减少有害的头对头伤害。在细菌物种中，这种同向偏差是由基因必要性和转录⽔平驱动的。例如，枯草芽孢杆菌和⼤肠杆菌中分别有 94% 和 97% 的必需基因是同向定向的。细菌 rRNA 操纵⼦也普遍同向定向。尽管存在这种偏差，很⼤⼀部分基因（25-45%，取决于物种）仍然保持正⾯⽅向（编码在滞后链上）。事实上，来⾃不同细菌物种的 GC-skew 分析的证据表明，很⼤⼀部分正⾯基因最初是同向定向的，这表明正⾯配置可能存在⼀些进化优势，这可能与增加的突变机会和适应性进化有关（在标题为“冲突对细菌突变的影响”的部分中讨论）。然⽽，持续的同向偏好，特别是对于⾼度转录的必需基因来说，减少了有害的正⾯冲突的可能性以及与之相关的基因组不稳定性。值得注意的是，rDNA 区域虽然是同向的，但在细菌中的复制速度仍然很慢。
由于复制是在真核基因组的不同起点处启动的，因此单个基因相对于复制的转录⽅向不太可辨别。大多数基因可以从任一方向复制这一事实使情况变得更加复杂。然⽽，已经确定了⼤的单向复制区，表明⾄少对于基因组的某些部分，转录基因可能在每个细胞周期中频繁地从同⼀⽅向复制，尽管机制尚不清楚。与此⼀致的是，TSS附近的起点丰富，可能导致有利于同向冲突并最⼤限度地减少正⾯冲突的总体⽅向偏好。然⽽，⽬前对该模型的探索并没有解决沿着 TSS 上游的另⼀个⽅向进⾏的复制叉，并可能进⼊另⼀个正在积极转录的基因，可能正⾯朝即将到来的复制叉。这个复制叉是否会破坏TSS 相关起点上游基因的转录需要进一步研究。
解决冲突
尽管在原核⽣物和真核⽣物中都可以通过多种⽅式最⼤限度地减少复制-转录冲突，但冲突是不可避免的，细胞必须配备解决冲突的⼯具。许多这些机制有利于以牺牲转录为代价来继续复制，这并不奇怪，因为⼀旦复制体被清除，转录就可以很容易地重新启动。已经确定了⼀些有助于解决冲突的机制。能够消除 RNAP 障碍的辅助解旋酶是冲突解决因⼦家族之⼀。另⼀个家族——延伸因⼦——促进 RNAP 运动，以确保其不受影响。R-loop 解除酶和拓扑异构酶还可最⼤限度地减少复制中断的影响（图3）。这些因素结合在⼀起，可以在冲突发⽣时解决它们，最⼤限度地减少其影响，并促进 DNA复制的继续。、
辅助解旋酶
两种⼤肠杆菌解旋酶 Rep 和 UvrD 被确定在此过程中发挥潜在作用，这些解旋酶沿着复制解旋酶（前导链）的相反链移动，并从3’易位至5’。缺乏rep或uvrD的细胞是可⾏的，但删除这两个酶是致命的。有趣的是，缺乏 Rep 的⼤肠杆菌细胞复制 DNA 所需的时间是野⽣型细胞的两倍，尽管它们也含有更多的复制叉，这意味着 Rep 有助于复制叉的移动。后来证明 Rep 和 UvrD 都能够在体外消除 DNA 中的模型蛋白障碍。 尽管当时缺乏这些解旋酶可以促进 RNAP 置换的直接证据，但含有高表达、复制阻断反向 rRNA 操纵子的大肠杆菌细胞的生存需要 Rep。 Rep 和 UvrD 缺失菌株的生长缺陷可以通过 RNAP 内的突变来抑制，从而破坏复合物的稳定性，强烈表明 Rep 和/或 UvrD 通过高度转录的转录单元促进复制叉进展。 与这一假设一致的是，使用质粒模板在大肠杆菌中重建复制和转录，观察到了 Rep 和 UvrD 介导的 RNAP叉阻塞去除的直接证据。 在诱导 RNAP 停滞的条件下，添加Rep 和 UvrD 分别导致全长前导链产物的产生和截短链的补偿性损失，与转录方向无关。 这表明 Rep 和/或 UvrD 可以去除停滞的、复制阻断的 RNAP，Rep 直接与复制体关联以及UvrD 与 RNAP 物理相互作用的事实支持了这一点。 在这些实验中观察到的全长前导链产物的生成排除了复制某些使用新生 mRNA 在同向冲突时重新启动 DNA 合成的要求，这与 Pomerantz 和 O’Donnell 提出的早期模型相矛盾。 最近的其他证据支持这样的模型：Rep 和 UvrD 促进复制体在复杂的同向冲突中跳跃，从而促进绕过 RNAP，而不需要 mRNA 接管。 因此，前导链的 DNA 合成是在废弃的 mRNA 上重新启动还是在下游启动可能取决于冲突的性质。破译任何类型冲突的这种区别，尤其是体内冲突，是未来研究的一个重要焦点。
许多⾰兰⽒阳性菌缺乏 Rep 和 UvrD。相反，PcrA（⼀种在⾰兰⽒阳性物种中发现的与 UvrD 具有不同 C 末端同源性的蛋⽩质）似乎起到与 Rep 和 UvrD 重叠功能相同的作⽤。因此，PcrA 在⼤肠杆菌中的异位表达挽救了rep 和uvrD缺失的综合致死性，表明PcrA 可能执⾏与Rep 和UvrD 类似的功能。PcrA 对于缺乏 Rep 和 UvrD 的物种⾄关重要；枯草芽孢杆菌中pcrA基因的缺失是致命的。这⼀假设后来在体内进⾏了测试，发现 PcrA 与⾼度转录的 tRNA 和 rRNA 区域以及⼀些蛋⽩质编码基因相关。此外，研究表明 PcrA 的解旋酶/ATP酶功能对于复制进程和冲突解决⾄关重要。
DinG 是细菌中的另⼀种辅助解旋酶，其在促进冲突区域复制的作⽤⽐ Rep、UvrD 或 PcrA 的作⽤更加模糊。DinG 属于不同类别的解旋酶，它沿着 DNA 以与 Rep、UvrD 或 PcrA 相反的⽅向移动（5’⾄3’），并易位与复制解旋酶相同的链（滞后链）。这种极性差异意味着 DinG ⽆法以与 Rep 或 UvrD 相同的⽅式解决冲突。尽管存在这些差异，DinG 似乎与 Rep 和 UvrD 在促进 DNA 复制⽅⾯具有重叠的作⽤，因为 DinG 缺失细胞中 rRNA 操纵⼦的倒置会导致转录依赖性细胞死亡。这种致死性可以通过 RNAP 内的不稳定突变来抑制，就像在缺乏 Rep 或 UvrD 的细胞中⼀样。有趣的是，这种生长缺陷也可以通过 RNase H 的过度表达来抑制，RNase H 会降解 R-loop ，这表明DinG 可以去除体内的 R-loop。 因此，DinG 可能通过解决 R-loop 来间接促进冲突区域的叉进展，这并不排除它有助于促进从 DNA 中去除 RNAP 的可能性。 这与最近的证据一致，表明 DinG 不支持在体外重建的质粒携带的大肠杆菌冲突系统中没有额外因素的情况下形成全长前导链产物。需要进一步表征 DinG 在体内解决冲突中的作用，特别是在与 R-loop 相互作用中的作用。
在真核生物中也发现了能够解决复制-转录冲突的辅助解旋酶。Rrm3 从酵母到人类都是保守的，并且很早就被鉴定为在促进酵母复制叉进展中发挥作用。具体而言，Rrm3 被发现在离散位点发挥作用，这些位点组装成稳定的、含有核蛋白的复合物，能够阻止复制。 如果没有 Rrm3，整个基因组的复制普遍暂停，包括高度转录的 rRNA 和 tRNA 基因，导致整体复制速度减慢。 这与删除大肠杆菌中的Rep的效果类似。 Rrm3 很可能通过与复制体结合来协助复制叉运动，这也表明 Rrm3 在全基因组范围内发挥作用。通过使用二维凝胶电泳，在携带质粒传播的正面冲突的酵母细胞中观察到在不存在 Rrm3 的情况下复制叉暂停，这表明 Rrm3 在促进通过 RNAP 路障的复制运动中发挥着作用。 与此一致的是，Rrm3 的功能是保持基因组完整性，至少最大限度地减少复制-转录冲突的一些后果，例如超重组和 DNA 断裂。 然而，无论是体外还是体内，都缺乏 Rrm3 介导的 RNAP 复制障碍消除的直接证据。
与细菌中的 DinG 非常相似，酵母中的 Rrm3 可能通过作用于 R-loop 而在冲突解决中发挥作用。 在酵母中同时缺乏 Rrm3 和 Pif1 解旋酶的情况下，R-loop 介导的 DNA 损伤会加剧，表明这些解旋酶可能在体内解旋 R-loop 中发挥一些冗余作用。此外，RNase H1 的过度表达减少了 Rrm3 在高度转录基因上的积累，表明该解旋酶与复制损伤的 DNA-RNA 杂合体和/或 R-loop区域相关。 然而，还需要进一步的研究来确定 Rrm3 解决冲突和促进叉运动的精确机制，以及该作用是否与 Pif1 一起与 R-loop 有关。
最近，从酵母到人类都保守的 Pif1 也与核蛋白去除有关。最近两项使用重组酵母复制系统的研究表明，Pif1 与复制体一起促进蛋白质障碍的移位，从而促进复制进程。 测试的障碍之一是带有相关 gRNA 的 dCas9 蛋白，它模拟R-loop 相关的 RNAP。 有趣的是，在体外，Pif1 优先解开 DNA-RNA 杂交体，并且当配置阻断以将 DNA-RNA 杂交体呈现给 Pif1 时，Pif1 可以更有效地取代 dCas9 R-loop 结构（当 dCas9 R-loop 位于滞后链上时）。 然而有趣的是，Pif1 也能有效去除相反方向（前导链上）的 dCas9 R-loop。 尽管对复制有这些积极作用，但尚不清楚 Pif1 的任何核蛋白清除活性是否会延伸到在体内复制-转录冲突的情况下去除 RNAP 或 R-loop解除，或者是否需要 Pif1 DNA-RNA 解旋酶活性。 缺乏Pif1的小鼠可以存活，这表明可能存在多余的辅助解旋酶或优先替代途径来去除RNAP并解决Pif1之外的冲突。
RNA 聚合酶回溯和冲突
复制体不仅可以沿着基因组追上 RNAP，需要辅助解旋酶的作⽤来消除 RNAP 障碍，⽽且RNAP 本⾝也可以沿着基因组停滞，加剧与复制体的冲突。RNAP 停滞的稳定状态（称为回溯）可以通过模板链和/或调控基因区域的 DNA 损伤来实现。原核和真核 RNAP 都可以出于相似的原因并通过相似的机制进⾏回溯。回溯涉及RNAP 沿模板 DNA 链和新⽣转录物3’ 端的挤出，产⽣固定化的 RNAP，必须通过酶促解除才能恢复转录。 因此，对于回溯与转录-复制冲突有关毫不奇怪。事实上，回溯可以解释冲突的一些潜在负面结果：在大肠杆菌中，回溯会导致同向冲突区域出现复制依赖性和 R-loop 依赖性 DSBs，这与mRNA 接管模型一致。 因此，解决回溯 RNAP 的因子对于缓解和解决冲突至关重要。大多数细菌拥有两种这样的直接抗回溯因子，GreA 和 GreB，它们促进 RNA 转录物的核酸内切切割和回溯 RNAP 的重新激活。
尽管序列和结构不同，但真核生物中的转录延伸因子 TFIIS 使用与 GreA 和GreB 类似的机制来拯救回溯的 RNAP，因此预计会以类似的方式介导冲突。 真核生物中的 TFIIS 功能已明确定义； 然而，缺乏 TFIIS 缺失时 RNAP 回溯失调引起的复制扰动的直接证据，这可能会导致基因组不稳定。 最近，RECQ5（一种在人类中发现的 DNA 解旋酶）被定义为调节 RNAP 回溯以及随后复制和转录之间相遇的重要因素，RECQ5 与 RNAPII 结合以防止暂停和停滞，该功能直接防止活跃转录基因内的复制体停滞，表明 RECQ5 是一个重要的冲突解决因素。 最近在高等真核生物中发现了其他能够通过调节 RNAP 驻留来解决冲突的因素。 蛋白质对PNUTS 和 WDR82 促进 RNAPII C 末端结构域的去磷酸化，这有利于 RNAPII 降解并抑制复制应激。 此外，通过RNAPII调节转录的Integrator复合物被认为是另一个能够去除RNAPII的因子。然而有趣的是，这种效应仅在同向冲突的情况下才能观察到。总而言之，这些结果表明，回溯不仅会阻碍复制并导致基因组不稳定，而且挽救回溯 RNAP 或从一开始就防止停滞的因素对于减轻复制-转录冲突至关重要。原核生物和真核生物分别进化出不同但相似的机制来控制 RNAP 沿基因组回溯，这一事实强烈暗示了在面对复制的有害冲突时调节 RNAP 复合物及其状态的重要性。
转录偶联修复在解决冲突中的作用
RNAP 停滞也是原核生物和真核生物转录偶联修复 (TCR) 的重要决定因素和触发因素。RNAP 可能会因 DNA 损伤而停滞，并且只有在损伤修复后转录才能恢复，这需要 RNAP 驱逐。因此，TCR因子通过在TCR背景下调节RNAP在冲突解决中发挥作用。在细菌中，这种情况涉及与冲突相关的两个不同因子：Mfd 和 UvrD/PcrA。Mfd 促进 RNAP 在损伤部位的移位，而UvrD/PcrA 能够移动 RNAP 损伤并诱导回溯。在真核生物中，目前尚不清楚 RNAPII 在 TCR 过程中如何从DNA 中脱离（如果有的话）。 然而，在哺乳动物中，CSB （酵母中的 Rad26）被认为执行此功能。
有趣的是，越来越多的⼯作表明 Mfd 的作⽤可能不仅限于 TCR。值得注意的是，Mfd 被发现可以促进体外系统中正⾯冲突区域的复制重新启动，这取决于其 ATP 酶活性，这表明Mfd 可以通过在即将到来的复制叉之前去除 RNAP 来帮助最⼤限度地减少冲突。还证明，Mfd 可以缓解同向冲突引起的 DSBs。 有趣的是，在含有反向 rRNA 操纵⼦的细胞中删除mfd仅导致边缘⽣⻓缺陷，这⽀持了冲突解决机制在很⼤程度上是多余的、有许多可⽤途径的结论。
然⽽，Mfd 对细胞最深远的影响可能是其促进诱变的作⽤。事实上，滞后链基因⽐前导链上的基因积累更多的突变（在标题为“冲突的病理结果”的部分中讨论）。根据枯草芽孢杆菌的研究，这是由于 Mfd 及其在核苷酸切除修复 (NER) 中的作⽤。最初表明，Mfd 与 NER 蛋⽩ UvrA 以及正⾯冲突区域容易出错的跨损伤合成聚合酶以相同的途径发挥作⽤。然⽽，尚不清楚这种活动是由正⾯冲突直接触发还是由滞后链合成固有留下的损伤间接触发。最近，Mfd 的诱变作⽤被确定与 NER 蛋⽩处于相同的途径，并且该途径被证明利⽤了容易出错的聚合酶。这项研究有两个关键发现： (a) NER 通常具有诱变性，并且与转录相关； (b) 鉴于先前关于正⾯冲突区域诱变的发现，NER 与 Mfd ⼀起使⽤可能是正⾯冲突区域诱变的机制，即冲突会增加诱变。
R-loop解除因子
由于 R-loop 和拓扑应力对复制-转录冲突及其结果具有重⼤影响，因此调节其形成和解决动态的因素最终也与冲突的解决相关。核糖核酸酶 RNase H 家族以多种形式存在于原核⽣物和真核⽣物中。正如标题为“正⾯冲突区域的R-loop ”部分中所讨论的，R-loop 主要由 RNase H 酶和辅助解旋酶解决。这些解旋酶可能通过从模板 DNA 链上解开 RNA 来解除 R-loop。这些机制在细菌体内的特征很少，但这些蛋⽩质可能作为 RNase H 介导的 R-loop 降解的重要后备力量。根据遗传学研究，在细菌中，辅助解旋酶 DinG、Rep 和/或 UvrD（以及枯草芽孢杆菌中的 PcrA）的协同活性可能能够取代 R-loop 和/或抑制其形成。RecG 参与Holliday junction处的分⽀迁移，也可能能够促进 R-loop 的去除。Rho（转录终⽌⼦解旋酶）对冲突解决的贡献也可能涉及 R-loop 稳态的调节， ⾄少是间接的。未翻译的 RNA 容易形成有毒的 R-loop。通过终⽌⾮翻译 RNA 的合成，Rho 降低了这些转录物形成R-loop 的可能性。
与细菌中的 Rho ⼀样，Sen1是酵⺟中重要的辅助解旋酶，可促进 RNAPII 转录的⾮编码RNA 的终⽌。然⽽，与 Rho 不同的是，Sen1通过 R-loop 缓解和解决⽅式与冲突解决⼴泛相关。有趣的是，它在 S 阶段 与移动的复制叉发⽣物理相互作⽤。在缺乏 Sen1 解旋酶活性的情况下，细胞会积累 R-loop，因此表明 Sen1，特别是其解开核酸双链体的能⼒，可能在抑制 R-loop 形成或分解中发挥作⽤。。 然而，根据最近的一项研究，这种效应似乎与Sen1 和复制体之间的相互作用无关。Aiello 等⼈使⽤了⼀种不同的Sen1 突变体，该突变体⽆法与复制体结合但保留其解旋酶活性，证明 R-loop 不会累积，这表明任何 R-loop 解除活动都不需要 Sen1 与复制体的关联。这些研究之间的对⽐表明，Sen1 在抑制 R-loop 中的作⽤可能与其通过促进转录终⽌来阻⽌ R-loop形成的能⼒有关， 尽管这种区别⽬前尚未经过测试。 尽管存在这些模糊性，但当 Sen1 耗尽或解旋酶活性或复制体关联被破坏时， 细胞会经历基因组不稳定。事实上，如果没有 Sen1 解旋酶活性，正⾯复制的基因会⽐同向复制的基因积累更多的 DNA 损伤位点。与细菌中发现的解旋酶⼀样，控制 Sen1 相关 R-loop 抑制的精确机制尚未阐明。 Sen1是否通过调节转录间接阻⽌R-loop形成或直接促进R-loop消除尚不明确。尽管如此，Sen1 对于维持基因组稳定性依然是很重要的。
⼈类中的 Sen1 同源物 senataxin (SETX) 也被证明可以防⽌ R-loop 积累，并与 RNAPII 转录终⽌有关，从⽽保护基因组完整性。最近⼀项使⽤ SETX 纯化解旋酶结构域的⽣化研究表明，与 Sen1 不同，SETX 表现出对 ssRNA ⽽⾮ssDNA 的偏好，并优先解开具有5’ 突出端的 R-loop（如共转录形成的突出端）。事实上，SETX 拥有与 Sen1 明显不同的氨基酸残基，这可能是造成它们不同底物偏好的原因。该体外证据⽀持这样的假设：SETX 在体内充当 R-loop 解决因⼦，从⽽促进冲突解决。除了 SETX 之外，许多辅助解旋酶和转位酶最近也与⼈类 R-loop 解析相关，因为这些因⼦的消耗会导致 R-loop 积累。其中包括 AQR、BLM、ATAD5、WRN、 WRNIP1、MRN、DHX9、BRCA1、BRCA2、Fanconi anemia蛋⽩和⼏种 DEAD-box RNA 解旋酶等。
冲突的病理后果
复制-转录冲突是原核⽣物和真核⽣物内源基因组不稳定的⼀个重要根源。有趣的是，这些影响在不同的生命体中可能会产⽣截然不同的结果。已经证明，在细菌中，正⾯冲突会增加滞后链基因的突变；但正⾯冲突区域积累突变的倾向实际上可能为细菌提供进化优势，例如，帮助它们积累有助于抗⽣素耐药性发展的突变。相⽐之下，⼈类细胞中的复制-转录冲突及其对基因组完整性的负⾯影响通常会破坏染⾊体的稳定性，并可能加剧癌基因诱导的复制应激。
冲突对细菌突变的影响
正⾯冲突已被证明是细菌突变的重要驱动因素。在不同的细菌模型中，使⽤以任⼀⽅向插⼊到不同染⾊体位点的各种报告基因观察到了这种趋势，表明⽆论序列或基因组背景如何，诱变都发⽣在正⾯冲突区域。事实上，正⾯冲突似乎留下了独特的突变特征，其特征是插⼊缺失和碱基替换。如前所述，正⾯冲突区域发⽣突变的机制很可能是通过 Mfd 介导的 NER 因⼦募集，包括容易出错的跨损伤合成聚合酶。
值得注意的是，⾃然界中⼏种不同细菌物种的正⾯相对的基因⽐同义突变积累更多的⾮同义突变，因此更频繁地受到正选择。这些数据表明，正⾯冲突的诱变潜⼒或许是有益的。换句话说，在进化过程中，正选择可能有利于基因⼦集的正⾯⽅向。对⾃然界中存在的不同细菌物种的基因反转的研究进⼀步⽀持了正⾯⽅向的这种适应性优势。在对不同细菌基因组数百万年分化的系统分析中， Merrikh & Merrikh确定，所研究的基因组中⼏乎所有 (89‒96%) 正⾯相对的基因最初都是同向的，⽀持了这⼀假设——正⾯相对⽅向可能提供进化优势。
然⽽，其他⼈认为正⾯相对基因的存在是不可避免但罕⻅的基因反转事件的结果，并且同向与正⾯⽅向的基因分布是随机的。根据该模型，保持正⾯相对⽅向的基因要么尚未从基因组中纯化（负选择），要么表现出导致适应度成本较⼩的冲突。重要的是，这两种模型都可能是正确的，具体取决于所讨论的⽣物体和基因。负选择和正选择很可能已经并继续塑造了细菌中滞后链转录本的景观。
有趣的是，⼈们发现致病物种的正⾯相对基因在抗⽣素耐药性、毒⼒和应激反应⽅⾯功能丰富。这些基因中的⼤多数仅在某些条件下才会转录，通常在⼤多数情况下最⼤限度地减少潜在的破坏性正⾯冲突。事实上，这可以解释在测量⽆应激条件下⽣⻓的细胞突变发⽣的实验中观察到的突变率缺乏⽅向依赖性差异。如果实验条件没有诱发正⾯冲突，则⽆法分离诱变中的⽅向依赖性变化。假设正⾯相对⽅向具有适应性优势（上述研究表明），以正⾯⽅向编码关键环境反应因素可能是细胞能够调整⾃⾝进化并促进适应的机制。
冲突对真核细胞癌症的影响
作为复制应激和基因组不稳定性的重要驱动因素，复制-转录冲突不能被忽视，它们与癌症的联系也不能被忽视。功能失调的冲突解决会导致癌症的病理特征；因此，上⾯确定的许多冲突解决因子本⾝就是肿瘤抑制因⼦。例如，BRCA1 和 MEPCE 缺陷的细胞由于 RNAPII 活性失调和 R-loop 积累过多⽽对冲突敏感。R-loop 代谢缺陷（优先在正⾯冲突时形成）也是病理性的。
复制-转录冲突在真核细胞中的致突变性程度尚未明确。与冲突区域相关的基因会积累突变，尽管它们的突变速度似乎与和冲突区域⽆关的基因相同。然⽽有趣的是，在包含假定冲突位点的区域中积累的突变与癌症中发现的突变显著重叠。St Germain等⼈确定他们发现的包含复制和转录之间相互作⽤的基因中有⼀半以上含有突变，这些突变被确定为⼩⿏肿瘤突变。这些相同基因中⼏乎有三分之⼀含有与⼈类癌症⼩⿏模型⼀致的癌症驱动突变。这些结果表明，尽管对诱变的定向效应尚未明确确定，特别是在⾼等真核⽣物中，但与复制和转录之间相互作⽤相关的突变可能具有有害影响。
除了扰乱冲突解决或潜在诱变的影响外，转录和复制之间的相遇可能会加剧癌基因诱导的复制应激。细胞周期蛋⽩ E 或 Myc 过度表达引起的细胞周期失调已被证明会激活过多的基因内起点，导致复制叉增加。来⾃这些基因内起源的复制叉很容易因遇到转录⽽崩溃。从这些基因内起源进⾏firing 会增加不可避免的正⾯冲突的频率。因此，这些区域与较⾼频率的基因组重排相关，这是癌症的⼀个关键标志。这些结果最近通过邻近连接测定得到证实，表明癌基因激活确实可以驱动复制-转录冲突。尽管癌症与复制转录冲突之间的具体联系仍在确定中，部分原因是在真核模型中很难分离出这些遭遇，但很明显，它们留下的基因组不稳定性具有严重的病理意义。
结论和未来展望
复制和转录之间的冲突是不可避免的，但却会导致许多威胁基因组完整性的结果。虽然同向冲突并不是良性的，但正⾯冲突对细胞更有害，这主要是由于它们的拓扑限制和形成 R-loop 的倾向。因此，复制体会停滞、分解， 并且必须在冲突位点重新启动，所有这些都威胁着基因组的稳定性。由于正⾯冲突，突变率加速，最令⼈信服的证据是细菌。鉴于这些负⾯后果，原核细胞和真核细胞都进化出了各种⽅式来减轻冲突的发⽣，并在冲突不可避免地出现时采取多种策略来解决或容忍它们。然⽽，我们对复制和转录如何在⽣命领域的冲突区域相互调节的理解仍然存在许多漏洞。RFR 和重组如何协调以在冲突区域重新启动复制？这些遭遇如何影响复制和转录保真度，影响是否显著？冲突区域诱变背后的分⼦和⽣化机制是什么？对于⾼等真核模型来说，这些知识缺失尤其突出，并且通路冗余的可能性使问题变得复杂。此外，关于冲突的⼤部分已知信息都是使⽤细菌实验室模型中的分⼦⼯具确定的，并且尚不清楚这些结论与实验室外的细菌有多⼤相关性。例如，病原菌在感染宿主期间是否会经历复制-转录冲突？这会如何影响病原体的诱变？根据标题为“冲突对细菌诱变的影响”部分中描述的⽣物信息学分析，在细菌物种（包括病原体）中，正⾯相对基因⽐前导链基因积累适应性突变的速度更快。这些结果强烈表明，⾃然界中的致病物种确实正在发⽣冲突，其后果可能是严重的。改进的显微镜技术和测序方案已被⽤来回答关键问题。进⼀步开发能够探索这些问题的技术对于我们了解冲突如何影响⼈类健康的两个最紧迫的威胁——抗生素耐药性和癌症⾄关重要。
Browning KR, Merrikh H. Replication-Transcription Conflicts: A Perpetual War on the Chromosome. Annu Rev Biochem. 2024 Apr 9. doi: 10.1146/annurev-biochem-030222-115809. Epub ahead of print. PMID: 38594943.
