线粒体DNA异常与肿瘤

能量代谢重编程是肿瘤细胞一个重要的标志特征,而由线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)结构及功能异常引起的线粒体功能障碍是其机制之一。人类mtDNA为位于线粒体基质中由16569bp组成的双链闭合环状分子,编码与氧化磷酸化电子传递链相关的13种多肽以及与线粒体蛋白合成相关的22种tRNA和2种rRNA。近年来,人们发现多种肿瘤组织及细胞中存在mtDNA序列的多类型突变或拷贝数的变异,且mtDNA的这些异常与肿瘤的发生发展、早期诊断及放化疗监测等密切相关。异常的mtDNA因削弱线粒体产能、增加细胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)水平、打破Ca2+稳态,从而赋予肿瘤细胞代谢重编程、凋亡抵抗等侵袭性进程。针对mtDNA异常在肿瘤发生发展中的作用及机制研究,将为肿瘤的早期诊断及靶向治疗提供新的策略。     

人线粒体tRNALeu(UUR)基因氧化损伤与修复研究

人mtDNA比核DNA更易受到自由基的氧化损伤,这些损伤可以被线粒体内的DNA修复机制所修复,损伤与修复是决定突变是否产生的两个重要因素.为了确定氧化损伤与损伤后修复对mtDNA突变的具体影响,采用四氧嘧啶处理LO2细胞,这种试剂进入细胞后,经氧化还原反应生成的自由基与线粒体自身代谢产生的自由基类似,然后观察自由基对细胞mtDNA的氧化损伤与损伤后DNA修复的动力学变化.由于线粒体的正常功能为修复机制所必需,采用MTT细胞活力实验检测不同浓度四氧嘧啶处理下线粒体酶活力,发现9 mmol/L四氧嘧啶培养细胞1h后,线粒体琥珀酸脱氢酶功能在撤去药物后0,2,8和24 h时间点均无明显变化.提取各组细胞的mtDNA,用EndoⅢ和Fgp两种酶切除受氧化损伤的核苷酸,然后用碱性琼脂糖凝胶电泳分离大小不等的mtDNA,进行DNA印迹实验,地高辛-抗体-碱性磷酸酶系统显色,检测完整与断裂的mtDNA量,利用Poisson公式(s=-lnP0/P,P0为未断裂链光密度值,P为所有链光密度值总和)计算一个mtDNA分子的平均损伤频率,结果显示,9 mmol/L四氧嘧啶处理细胞1 h,链平均损伤频率由对照的0.11个/分子增加至5.60个/分子,明显增加了mtDNA上核苷酸的氧化损伤,除去药物后8 h,绝大部分损伤可被修复,损伤频率减至0.40个/分子,除去药物后24h核苷酸的氧化损伤恢复至正常水平.采用接头介导PCR(LM-PCR)检测MTTL1基因区域内单个核苷酸的损伤与修复动力学.这种方法可以检测各组mtDNA上MTTL1基因75 bp区域内单个核苷酸损伤的部位及频率.结果显示,人MTTL1基因存在20个易受氧化损伤的核苷酸热点,经与相应区域内文献报道的16个突变热点比较,有12个热点部位重合,而修复未显示热点部位或区域.结果提示,自由基对核苷酸的选择性氧化损伤是决定mtDNA点突变发生及发生部位的主要原因.     

线粒体转录延伸因子:调控线粒体DNA复制与转录转换的分子开关

线粒体转录延伸因子(TEFM)最早是基于其氨基酸序列与真核细胞核转录因子Spt6具有同源性而被鉴定,其包括两个串联重复的螺旋-发夹-螺旋结构域(Helix-Hairpin-Helix,(HhH)2)和一个RNase H折叠。TEFM二聚化对于TEFM与线粒体RNA聚合酶的结合至关重要。近年的研究发现,TEFM是调控线粒体DNA(mtDNA)复制与转录相互转换的关键分子开关,参与人类线粒体基因转录延伸过程及其表达调控。本文首先介绍了TEFM蛋白的序列同源性、蛋白质结构特征,为后续功能研究奠定结构基础。其次,阐明了TEFM在线粒体转录延伸过程中的作用和抗转录终止功能,以及线粒体转录延伸复合体的功能。TEFM避免了mtDNA转录和复制过程发生冲突,使线粒体转录延伸复合体具有更高的稳定性和持续合成能力,体内和体外都能增强mtDNA转录延伸活性,在mtDNA的复制和转录调控中发挥重要作用。最后,阐述了TEFM参与线粒体RNA加工,以及在线粒体能量代谢和线粒体相关疾病的发生发展中的作用。TEFM的缺失严重损害氧化呼吸链,证明mtDNA转录延伸对于维持线粒体氧化磷酸化功能是必需的。1型神经纤维瘤、胰腺癌、脑胶质瘤等疾病的发生机制可能与TEFM基因缺失或表达异常有关,因此,本文进一步探讨和展望了TEFM对人类线粒体相关疾病研究的应用前景。     

水稻线粒体DNA的电镜观察

从黑暗条件下培养的岗比亚水稻芽中提取线粒体DNA(mtDNA),电泳时发现除mtDNA主带外,还存在一些小分子DNA带,其中1.1和1.6kb(0.34和0.53μm)的两条DNA带含量最高。用电镜观察所提取的mtDNA时,发现有十多种大小不同的环型分子,其中0.34μm,0.53μm的两种环型分子出现频率最高,这两种DNA分子的大小与电泳时看到的两条明显DNA小分子带基本上相吻合,此外在mtDNA中,还观察到套索结构和D-环。     

鱼类线粒体DNA及其研究进展

鱼类是脊椎动物中最原始而在种属数量上又最占优势的类群,其起源复杂,分布广泛,拥有丰富的遗传多样性。鱼类线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)同其他脊椎动物的mtRNA一样,呈共价闭合环状,是细胞核外具自主复制、转录和翻译能力的遗传因子。与核DNA相比,鱼类mtDNA具有分子较小、结构简单、进化速度快、遗传相对独立性和母系遗传等特点,是一个相对独立的复制单位。由于鱼类线粒体DNA具有上述特点,以mtDNA作为分子标记,探讨鱼类的群体遗传结构与系统演化,已成为鱼类分子群体遗传学和系统学研究中的热点。综述了鱼类mtDNA的结构特征、进化和多态性检测方法及其在鱼类分子群体遗传学和鱼类系统学研究中的应用。     

高等植物线粒体DNA的制备方法

自从六十年代发现线粒体DNA(mtDNA)以来,mtDNA在遗传上的功能引起了广泛的重视。由于线粒体具有自已的基因组,能够自我复制,又能编码一些酶,比如生物氧化链上的一部分酶的亚基就是由线粒体基因编码的,可以推测生物的某些性状的表达可能与mt-DNA有关;另外由于实现线粒体基因组的复制与表达所需的许多酶又是由核基因编码的(如DNA聚合酶,RNA聚合酶、DNA连接酶等),可以推测     

活化石植物－－苏铁树叶绿体DNA分子中的核糖核苷酸

随着分子生物学的深入发展,科学工作者对脱氧核糖核酸(DNA)的研究也更加深入。近年来发现一些植物叶绿体DNA(cpDNA)、动物线粒体DNA(mtDNA)分子中含有少数核糖核苷酸。其中对豌豆,菠菜和莴苣叶绿体DNA分子中的核糖核苷酸研究较多,而且比较详细。研究这个问题,使用的方法是碱(KOH)或核糖核酸酶(RNase)处理cpDNA。如果DNA分     

线粒体DNA突变与相关人类疾病

在过去的20年里, 人们发现线粒体DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)突变与多种人类疾病相关, 其致病范围从单器官组织损害到多系统受累。文章目的在于探讨mtDNA突变与人类疾病的关系。文章重点论述: (1)线粒体遗传学特征; (2) mtDNA突变与人类遗传性疾病; (3)体细胞mtDNA突变在衰老和肿瘤中的作用; (4)mtDNA疾病的诊断和治疗。     

高血压相关的线粒体DNA突变

线粒体DNA(mtDNA)突变是高血压发病的分子机制之一。已经报道的与原发性高血压相关的mtDNA突变包括:tRNAMet A4435G,tRNAMet/tRNAGln A4401G,tRNAIle A4263G,T4291C和A4295G突变。这些高血压相关的mtDNA突变改变了相应的线粒体tRNA的结构,导致线粒体tRNA的代谢障碍。而线粒体tRNAs的代谢缺陷则影响蛋白质合成,造成氧化磷酸化缺陷,降低ATP的合成,增加活性氧的产生。因此,线粒体的功能缺陷可能在高血压的发生发展中起一定的作用。mtDNA突变发病的组织特异性则可能与线粒体tRNAs的代谢以及核修饰基因相关。目前发现的这些高血压相关的mtDNA突变则应该作为今后高血压诊断的遗传风险因子。高血压相关的线粒体功能缺陷的深入研究也将进一步诠释母系遗传高血压的分子致病机制,为高血压的预防、控制和治疗提供依据。文章对高血压相关的mtDNA突变进行了综述。     

人类线粒体DNA的分子遗传特性

人类线粒体DNA(mitochodrialDNA,mtDNA)是存在于细胞核外唯一的遗传物质,具有独特的分子遗传特性,mtDNA突变可导致人类各种退行性疾病和与衰老相关的疾病发生。     

蚕类昆虫线粒体DNA研究及其在起源与进化研究中的应用

线粒体DNA(mtDNA)属母系遗传,进化速率较核基因快且基因组结构相对简单,已作为理想的分子标记广泛应用于昆虫群体遗传学及分子系统学等研究。本文对蚕类昆虫线粒体DNA在分子水平上的最新研究进展进行了较详细的阐述,重点介绍了蚕类昆虫线粒体基因组的组成及特征、mtDNA克隆与多态性及在蚕类昆虫分子系统学研究中的应用等。     

一种改良的大豆线粒体DNA提取方法

以大豆(Glycine max (L.) Merrill)黄化苗为材料,通过优化提取线粒体DNA(mtDNA)时差速离心过程中的离心力和离心时间,以及纯化过程中设置不同的蔗糖密度梯度和裂解液浓度,结合高盐法去除蛋白质,改良大豆mtDNA的提取方法。结果表明,该方法提取的mtDNA浓度和纯度较高,无叶绿体和核基因组DNA的污染,可用于后续大豆线粒体基因组的相关研究。     

向日葵细胞质雄性不育系线粒体基因组atpA位点的研究

对21种向日葵细胞质雄性不育(CMS)品系的线粒体基因组atpA基因位点处的DNA分子变异进行了分析和研究。首次通过基因组DNA及mtDNA与一含有部分atpA基因和orf H522的4.1kb探针Southern分子杂交分析及mtDNA限制性内切酶图谱分析证明,在atpA基因位点区域有4种DNA序列存在于21种细胞质雄性不育品系中。首次指出在向日葵CMS品系中即使细胞质来源相同,不育基因却有多种存在形式,并通过实验结果推测了导致细胞质雄性不育的机理。     

中国黑冠长臂猿的遗传多样性及其分子系统学研究——非损伤取样DNA序列分析

采用非损伤性 DNA基因分型技术(Noninvasive DNA genotyping),对我国珍稀灵长类动物黑冠长臂猿11个个体的线粒体DNA(mtDNA)控制区159bp的片段进行了序列分析.在所得到的159bp的DNA序列中,发现39个核苷酸位点存在变异(24. 5％). DNA一级序列数据显示,中国黑冠长臂猿拥有丰富的线粒体 DNA序列变异.采用PAUP3.1.1(简约法)和PHYLIP3.5la(最大似然法)数据分析软件对序列数据进行聚类分析后,得到了中国黑冠长臂猿的分子系统树,并且两种分析方法给出了同样的分支结构,由线粒体DNA得到的分子系统树证实了形态学研究报道的中国黑冠长臂猿3个新亚种,同时DNA序列数据揭示长期以来被作为亚种的海南黑长臂猿(H.?.hainanus)可能是一个独立的种.根据分子系统树,结合形态学方面的资料,提出对中国黑冠长臂猿新的分类观点,即现生的中国黑冠长臂猿应为3个种( H. concalor; H. leucogenys ; H. hainanus),其中 H. concolor含 3个亚种( H. c.concolor,H.c.jingdongensis,H.c.furvogaster).同时,针对该类珍稀动物保护,提出将上述黑冠长臂猿的种和亚种作为不同的进化显著性单元(EvolutionarillySingificant Units, ESU)进行保护和遗传管理,以保存各类群在进化历史中积累的遗传变异及其进化潜力.此外,通过将非损伤性DNA分型技术用于珍稀动物的遗传学分析,为我国保护遗传学的研究提供一种新的研究手段.     

在小鼠发育过程中线粒体基因组新型R环的表达

本实验室在成年小鼠线粒体DNA(mtDNA)D环上发现了一个新颖的轻链RNA转录本,这个RNA能够同DNA双链结合,形成一个稳定的DNA-RNA杂合结构(R环)。在此基础上,利用RT-PCR和Northern印迹法检测了小鼠线粒体基因组中R环的时空表达的特点。发现R环在小鼠不同组织、不同发育阶段中的表达水平有差异,其表达模式具有分化的位相性和时序性,提示R环有可能作为参与调控线粒体基因表达的分子,因而具有重要意义。     

人线粒体tRNALeu（UUR）基因氧化损伤与修复研究

人mtDNA比核DNA更易受到自由基的氧化损伤,这些损伤可以被线粒体内的DNA修复机制所修复,损伤与修复是决定突变是否产生的两个重要因素.为了确定氧化损伤与损伤后修复对mtDNA突变的具体影响,采用四氧嘧啶处理LO₂细胞,这种试剂进入细胞后,经氧化还原反应生成的自由基与线粒体自身代谢产生的自由基类似,然后观察自由基对细胞mtDNA的氧化损伤与损伤后DNA修复的动力学变化.由于线粒体的正常功能为修复机制所必需,采用MTT细胞活力实验检测不同浓度四氧嘧啶处理下线粒体酶活力,发现9 mmol/L四氧嘧啶培养细胞1h后,线粒体琥珀酸脱氢酶功能在撤去药物后0,2,8和24 h时间点均无明显变化.提取各组细胞的mtDNA,用EndoⅢ和Fgp两种酶切除受氧化损伤的核苷酸,然后用碱性琼脂糖凝胶电泳分离大小不等的mtDNA,进行DNA印迹实验,地高辛-抗体-碱性磷酸酶系统显色,检测完整与断裂的mtDNA量,利用Poisson公式（s=－lnP₀/P,P₀为未断裂链光密度值,P为所有链光密度值总和）计算一个mtDNA分子的平均损伤频率,结果显示,9 mmol/L四氧嘧啶处理细胞1 h,链平均损伤频率由对照的0.11个/分子增加至5.60个/分子,明显增加了mtDNA上核苷酸的氧化损伤,除去药物后8 h,绝大部分损伤可被修复,损伤频率减至0.40个/分子,除去药物后24 h核苷酸的氧化损伤恢复至正常水平.采用接头介导PCR（LM-PCR）检测MTTL1基因区域内单个核苷酸的损伤与修复动力学.这种方法可以检测各组mtDNA上MTTL1基因75 bp区域内单个核苷酸损伤的部位及频率.结果显示,人MTTL1基因存在20个易受氧化损伤的核苷酸热点,经与相应区域内文献报道的16个突变热点比较,有12个热点部位重合,而修复未显示热点部位或区域.结果提示,自由基对核苷酸的选择性氧化损伤是决定mtDNA点突变发生及发生部位的主要原因.     

水稻线粒体DNA的电镜观察

从黑暗条件下培养的岗比亚水稻芽中提取线粒体DNA (mtDNA),电泳时发现除二DNA 主带 外,还存在一些小分子DNA带,其中1.1和1.6 kb (0.34和。.53 ltm）的两条DNA带含量最高。J1 电镜观察所提取的二DNA时,发现有十多种大小不同的环型分子,其中。.34 pm,0.531tm的两种环型 分子出现频率最高,这两种DNA分子的大小与电泳时看到的两条明显DNA小分子带基本上相吻合, 此外在mtDNA中,还观察到套索结构和D一环。     

线粒体功能障碍机制及其相关疾病研究进展

线粒体是真核细胞重要的细胞器,与多种疾病的发生发展密切相关。线粒体膜受到破坏、呼吸链受到抑制、酶活性降低、线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)的损伤等都会引起线粒体功能障碍,可直接或间接地影响整个细胞的正常功能。现就线粒体功能障碍与其相关疾病的关系作一综述。     

野鼠肝线粒体DNA的分离纯化

线粒体是真核细胞内重要的细胞器。线粒体DNA(简称mtDNA)是一种细胞核外的基因组。 1962年纳斯(Nass)夫妇在鸡肝线粒体中发现了纤维状DNA。1964年勒克(Luck)等首次从红色面包霉中提取了     

人线粒体DNA复制控制区与疾病和衰老的关系

线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)复制控制区(又称D-环区)是线粒体非编码区中较为重要的区域,参与并调节线粒体DNA的复制与转录。然而,与核基因组不同的是,线粒体DNA的复制与转录并不是相互独立的,而是存在着密切的联系。从目前的研究看来,复制控制区的某些变化很可能会引起mtDNA复制、转录的变化,从而导致线粒体功能的变化,最终引起线粒体疾病或衰老的发生。