DNA修復
DNAの損傷は、一つのヌクレオチド変化(あるいは変異)を生じ、これはDNA配列として運ばれる情報に変化をもたらす。DNAの変異と組替えは進化の主要な要因であり、DNA修復の頻度は進化の速度に影響を与えている。非常に高いDNA修復率のもとでは変異の発生は抑制され、結果としてこれに相応する進化の減速をもたらすが、逆に、高い突然変異率のもとでは、進化の速度は速くなる。
紫外線によるものを含め、数十塩基対に及ぶ比較的大規模な、二重鎖を歪ませるような損傷に対し行われる修復。 ミスマッチ修復(mismatch repair: MMR、不正対合修復とも)。DNA複製の際に生じた誤りの修正で、単一〜5塩基対程度の対合しない部位の修復を行う。 校正修復 (proof-reading repair)。DNAの複製に平行して行われる単塩基対のミスマッチ修復。大腸菌の場合DNAポリメラーゼにより行われるが、哺乳類のそれには同様の機構は無く、他の酵素によると考えられている。この修復機構により、複製時に発生する不正対合は100,000,000〜10,000,000,000に1回の頻度に抑えられている。
一本鎖切断修復(あるいは単鎖切断修復)。酸化により生じた、DNAの一方の鎖のみの切断した部分を再結合させる修復。
組換え修復
なお、レトロウイルスの持つ逆転写酵素には校正修復の機能が無く、これがレトロウイルスの極めて早い変異の原因となっている。レトロウイルスにおいて見られる、表面を構成する蛋白質の構造も変異や、ヒト免疫不全ウイルスにおける抗レトロウイルス剤耐性獲得との関係も指摘される。
遺伝子修復(あるいは遺伝子修正)においては、複合的な内因性のDNA修復機構とは異なり、病気の原因となる染色体の変異を正確に指定し修復するような形式の遺伝子治療を対象とする。それは、オリゴヌクレオチドによる部位特異的突然変異法(オリゴヌクレオチド指定変異法)などの技術を使用して、欠陥のあるDNA配列を希望される配列に置き換えることによって行われる。修復を必要とするような遺伝子の変異は通常遺伝するが、いくつかの場合、例えば癌などにおいて、このような置き換えを後天的に誘導あるいは獲得させることが可能である。
多くの場合ポリメラーゼηのC末端側を大きく欠損しており、C末端に存在する核移行シグナル(NLS)を発現しておらず、この場合はこの酵素が核内に移行できないことがXPVの原因であると考えられる。また、全長のPolηの転写産物(mRNA)を持ち、NLSやC末端側に存在する複製装置への局在に必要な120aaを欠損していないPolηを発現していることが期待されるXPV患者もいるが、全長の遺伝子産物を発現していても、ポリメラーゼ活性を担うN末端側の領域にdeletionやpoint mutationが入っており、正常に損傷乗り越えポリメラーゼとしての活性を発揮できていないことが発症の原因だと考えられる。 マウスPolηのC末端側を大きく欠失させたマウスも作成されており、個体を使った実験では、紫外線照射によって皮膚癌を高頻度に生じるなどXP-Vのモデルとして有用である。また、POLHノックアウトマウスの培養細胞を使った研究では、紫外線照射後のDNA上に変異が蓄積することもわかっている。
地質学的な年代順位の観点からは、遺伝子情報をコード化する手段として核酸を利用するようになって間もない先カンブリア時代から発展させ始めていたことが示されている。この時代に大気中の酸素は着実に増加し始め、後のカンブリア紀における光合成植物の爆発的な増加を経て、私達のいる今日の水準に到達した。酸素の多くはビラジカルとして存在し(三重項酸素)、反応性は高くないもののラジカルとして振舞う他、紫外線吸収によって励起されより反応性が高く細胞や細胞間基質への障害性の高い一重項酸素となる。また、好気的な生物ではミトコンドリアの呼吸鎖でATPを生成する際、酸素から水以外にもスーパーオキシドという活性酸素が生じてしまう。このように大気中に大量に存在する酸素は、好気生物にとっては生存に必須な分子であると同時に、本質的に毒性をもつ分子であるため、それによる損傷を抑制し、修復する機構の発展が相当古い年代から必要とされた。こうした背景から、この機構の起源は我々の遠い先祖にまで遡り、ヒトとマウスあるいはハエどころか、酵母のような、進化的にかなり離れた種の間にも共有する高度に保存されたDNA修復機構を見ることができる。