DNA连接酶及其应用

引言在六十年代后半期,从大肠杆菌及用T_4噬菌体感染的大肠杆菌中发现了DNA连接酶,它能起催化修复DNA双股链中单股断裂(缺口)的作用(图1)。以后不久,陆续在哺乳动物细胞、高等植物、Rous肉瘤病毒颗粒和带λ_(c_1)噬菌体的大肠杆菌中找到这种酶。它广泛存在于生物有机体中,而且很多特性都是近似的,有普遍的生物学意义,因而,对酶及其应用的研究     

DNA连接酶同工酶的研究进展

DNA连接酶是生物体内重要的酶,其所催化的反应在DNA的复制和修复过程中起重要作用. DNA连接酶分为两大类：一类是利用ATP的能量催化两个核苷酸链之间形成磷酸二酯键的依赖ATP的DNA连接酶,另一类是利用NAD⁺的能量催化两个核苷酸链之间形成磷酸二酯键的依赖NAD^＋的DNA连接酶.研究发现,细菌的DNA连接酶都是依赖NAD^＋的, 且有非常相似的序列和相近的分子质量,其酶分子分为两个功能区：N端区与NAD^＋结合形成酶-腺苷酸中间物;C端区催化两条DNA链的连接.所有真核生物的DNA连接酶都是利用ATP提供能量,且一种真核生物含有多种DNA连接酶,不同的DNA连接酶催化不同的DNA修复和复制过程：DNA连接酶Ⅰ的作用是将岗畸片段连接起来形成完整的DNA链以及进行碱基切除修复(BER);DNA连接酶Ⅲ主要是在DNA修复中起作用,即催化单核苷酸碱基切除修复.DNA连接酶Ⅱ可能是DNA连接酶Ⅲ的一个片段.     

DNA连接酶、RNA连接酶、多核苷酸激酶和DNA聚合酶的同时分离纯化

本文报道从T4amN82噬菌体诱导的大肠杆菌E.coliB 同时分离和纯化四种酶的一般方法。先用硫酸链霉素沉淀把RNA连接酶,DNA连接酶与多核苷酸激酶和DNA聚合酶加以分离。然后用DEAE纤维素柱层析把DNA连接酶与RNA连接酶加以分离,用DEAE-Sephadex-A50柱层析把多核苷酸激酶与DNA聚合酶加以分离。本文着重介绍T4DNA聚合酶的分离纯化。     

DNA连接酶的结构与功能

在ＤＮＡ合成中 ,合成方向为 5′→ 3′ ,即一条链上是连续复制的 ,而另一条链的复制是不连续的 ,必须先合成岗崎片段 (真核细胞的岗崎片段为 10 0ｂｐ ,原核细胞的为 10 0 0ｂｐ)。ＤＮＡ连接酶的作用就是催化岗崎片段的连接以完成ＤＮＡ的合成。另外 ,ＤＮＡ连接酶在ＤＮＡ修复过程中也起重要作用 ,如在切除修复中 ,切除损伤的ＤＮＡ片段 ,以未受损伤的链作为模板合成一条新的ＤＮＡ链后 ,ＤＮＡ连接酶将新合成的ＤＮＡ链与原来的ＤＮＡ链之间的缺口封闭完成ＤＮＡ的修复。ＤＮＡ链未封闭的缺口对细胞具有潜在的危险性 ,所以 ,ＤＮＡ连接…     

哺乳动物DNA连接酶在DNA双链断裂修复通路中的作用

保持基因组的完整性和稳定性对于生物体的存活是十分重要的。DNA损伤来源于多方面,主要包括内源性的生理因素（如细胞代谢产物、DNA复制错误、抗体类别转换等）和外源性因素（如UV照射、同位素辐射等）。基因组DNA一旦发生损伤,机体内的DNA损伤修复机制就会被激活。DNA被错误地修复会导致基因突变或者基因组的不稳定,包括染色体缺失、扩增以及转位,最终这些突变的细胞可能会转化为癌细胞,进而引起肿瘤的发生。     

高纯度T4DNA连接酶的简便快速纯化

我们采用简便、快速、重复性好的肝素-琼脂糖和蓝色葡聚糖-琼脂糖柱两次亲和层析方法,纯化得到了高纯度的T4-DNA 连接酶。纯化了近690倍,比活高达5900单位/毫克蛋白。没有检测到脱氧核糖核酸酶的污染。聚丙烯酰胺-S.D.S.电泳显示清晰的一条蛋白带。     

高纯度T4DNA连接酶的简便快速纯化

我们采用简便、快速、重复性好的肝素-琼脂糖和蓝色葡聚糖-琼脂糖柱两次亲和层析方法,纯化得到了高纯度的T4-DNA连接酶。纯化了近690倍,比活高达5900单位/毫克蛋白。没有检测到脱氧核糖核酸酶的污染。聚丙烯酰胺-S.D.S.电泳显示清晰的一条蛋白带。     

DNA连接酶Ⅲ在线粒体基因组完整性保持中的作用

真核DNA连接酶(DNA ligase)通过催化ATP依赖的双链DNA切口连接而在DNA复制、重组和修复过程中发挥了重要作用．DNA连接酶Ⅲ(Lig3)是一种独特性的连接酶,既可定位于细胞核,又可定位于线粒体．Lig3通过与DNA修复蛋白XRCC1作用而参与了碱基切除修复和其他单链断裂修复．但Lig3以XRCC1不依赖方式在线粒体DNA完整性保持方面发挥了更为重要的作用．这些研究为Lig3功能和DNA修复研究提供了新的视野．     

耐热DNA连接酶介导的TLCR技术在简化DNA重组实验中的应用

传统的DNA重组方法Type Ⅱ型限制酶技术受到片段纯化的限制,无法做到复杂混合体系中DNA片段的特异性连接。为解决这个问题,本研究将耐热连接酶链式反应(Thermostable ligase chain reaction, TLCR)引入DNA片段的连接与捕获。该技术利用耐热型DNA连接酶的特性,在热循环反应中配合针对目的片段末端序列设计的单链寡核苷酸连接模板--Helper,实现目的片段的特异性连接和产物数量的指数性增长。两个质粒构建实验被用于验证TLCR技术的可行性和应用效果。首先利用TLCR技术从一个未经纯化的含有7种不同大小片段的混杂体系中特异性地将一段1.5 kb的片段捕获进载体,随机抽取的克隆样品经检验准确率达到80%,验证TLCR技术在复杂混合体系中特异性连接DNA片段的可行性和准确性。在另一个质粒构建实验中,TLCR技术从λ噬菌体基因组Hind消化物中将两段总长达27 kb的片段按顺序捕获进载体,随机抽取的克隆样品经检验同样达到了80%的准确率。结果表明,TLCR技术能够简化DNA重组实验的操作,并且适用于多片段和大片段的连接,可以为生物学研究提供便利。     

连接酶链反应

连接酶链反应（ＬＣＲ）是继ＰＣＲ后新发展的一些较有前景的体外核酸扩增技术。四条寡核苷酸引物在耐热连接酶作用下通过变性、复性、连接完成核酸的体外扩增,可准确地检测靶基因上的单个或几个碱基的突变,在遗传性疾病、肿瘤和病原微生物的快速、准确检测上有着广泛的应用前景。本综述了该技术的原理、方法及近年来的初步应用。     

额外的错配碱基提高T4 DNA连接酶等位特异性连接

连接是一种主要的DNA处理过程。由于较低的商业成本以及核酸底物识别的灵活性,T4 DNA连接酶被广泛应用于生物分子工程,特别是特定核酸序列的等位特异性连接检测。本文评估了在T4 DNA连接酶介导的连接反应中,引入额外的错配碱基对所产生的影响。设计了超过150组DNA/DNA或DNA/RNA带有的额外错配碱基对的组合。结果发现,引入额外的错配碱基对后,T4 DNA 连接酶在DNA/DNA连接中特异性可提高60倍以上,而在DNA/RNA连接中特异性只能提高2倍。在等位特异性连接中,有的错配碱基对可使T4 DNA连接酶的特异性提高600多倍。     

泛素连接酶Brl2在DNA双链断裂修复中的作用分析

组蛋白H2B单泛素化在基因转录、DNA复制及损伤修复中发挥着重要的调控作用。在裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)中,Brl2作为一个泛素化连接酶,调节H2B的119位赖氨酸的单泛素化。目前,有关Brl2在DNA损伤修复中的作用研究较少,本研究利用药物喜树碱(camptothecin, CPT)处理裂殖酵母产生高毒性的DNA双链断裂(DNA double-strand breaks, DSBs),探索Brl2在DSB修复过程中的作用。研究发现,brl2基因缺失的菌株对CPT高度敏感,并导致细胞内DNA自发重组频率下降。荧光分析表明Brl2和重组修复蛋白Rad52共定位到DSB处,且Brl2促进Rad52在DSB处的募集。在CPT产生的DSB条件下,Brl2会发生磷酸化。以上研究发现揭示了Brl2在DSB修复过程中起重要作用,为具体阐明Brl2在DNA同源重组及双链断裂修复的分子机制奠定了进一步研究的基础。     

詹氏甲烷球菌DNA连接酶在大肠杆菌中的表达纯化及连接活性鉴定

对一种耐热性古茵--詹氏甲烷球茵(Methanocaldococcus jannaschii)的DNA连接酶进行了克隆、表达、纯化,并对其生物化学特性和酶学活性进行了初步研究.詹氏甲烷球菌DNA连接酶重组蛋白在ATP及Mg<'2+>二价阳离子存在的条件下具有连接酶活性,能够封闭DNA链上的切割.通过不同温度下的测试,50～80℃为较适合连接温度,其耐热性强,甚至在90℃下加热5 min后仍有连接酶活性;其发挥活性的pH值范围比较宽泛.最适pH值为6.0～9.0.这是国际上对詹氏甲烷球菌DNA连接酶的首次报导.     

噬菌体T4诱导的脱氧核糖核酸(DNA)连接酶的分离和纯化

本文介绍一个从噬菌体T4诱导的大肠杆菌中纯化DNA连接酶的简法。这是从同一起始原料(噬菌体T4感染的大肠杆菌菌体)同时提纯三种酶(多核苷酸激酶,DNA连接酶及RNA连接酶)的步骤的一部分。这个方法包括以下几步：超声破碎菌体,抽提粗酶,用硫酸链霉素沉淀去除多核苷酸激酶和DNA．甩I)EAE纤素素(DE-52)柱层折将DNA建接酶与RNA连接酶分离开来,用磷酸纤维素(P-II)分步冼脱DNA连接酶,对在Tris-HCI,pH7.6中含50％甘油的缓冲液透析加以浓缩。最终得到高浓度(5500单位／毫升)和高纯度酶制品。     

泛素连接酶E3

蛋白质的泛素化修饰具有高度的特异性,它参与调节细胞内许多的生理活动。蛋白质的泛素化修饰涉及一系列的酶参与反应,包括泛素激活酶E1、结合酶E2以及连接酶E3。而其中泛素连接酶E3对靶蛋白的特异性识别起关键作用。泛素连接酶E3主要由HECT结构域家族、RING结构域家族和U-box结构域家族组成。现对泛素连接酶E3的分类、结构及其对靶蛋白的识别机制等进行综述。     

额外的错配碱基提高T4 DNA连接酶等位特异性连接（英文）

连接是一种主要的DNA处理过程。由于较低的商业成本以及核酸底物识别的灵活性,T4DNA连接酶被广泛应用于生物分子工程,特别是特定核酸序列的等位特异性连接检测。本文评估了在T4 DNA连接酶介导的连接反应中,引入额外的错配碱基对所产生的影响。设计了超过150组DNA/DNA或DNA/RNA带有的额外错配碱基对的组合。结果发现,引入额外的错配碱基对后,T4 DNA连接酶在DNA/DNA连接中特异性可提高60倍以上,而在DNA/RNA连接中特异性只能提高2倍。在等位特异性连接中,有的错配碱基对可使T4 DNA连接酶的特异性提高600多倍。     

2′-氟取代对T7 DNA连接酶连接效率的阻滞

为更好地理解连接酶的接合机制,研究了2′-氟取代核苷酸（2′-fluorinated nucleotide, FN）对T7 DNA连接酶接合特性的影响。利用分子信标的荧光信号变化来检测连接酶接合活性。结果显示,在连接酶作用的分子信标缺口处的5′端和3′端分别进行F取代时,对T7 DNA连接酶的接合效果分别阻滞（48.7±6.7）%和（70.6±4.0）%。在取代同时发生在5′端和3′端时,接合效果被阻滞（76.6±1.3）%。动力学参数的回归显示,FN取代会导致连接反应最大速率（Vmax）降低,同时导致米氏常数Km增大,说明酶和底物之间的亲和力在取代后减小。缺口两端的碱基错配也对酶接合反应效果产生一定的阻滞效应。本研究的结果和结论使对氟取代后,T7 DNA连接酶的接合特性有了更进一步的认识,为更好地应用T7 DNA连接酶接合活性提供有力的实用依据。     

植物细胞核DNA,叶绿体DNA和线粒体DNA的比较

植物一般有细胞核,叶绿体和线粒体三套遗传体系,本文结合近年来植物分子生物学研究的最新进展,系统比较了细胞核ＤＮＡ,叶绿体ＤＮＡ和线粒体ＤＮＡ在组织结构,遗传方式,基因表达（转录,翻译,ＲＮＡ加工）等方面的差异。     

极端嗜热古菌———芝田硫化叶菌DNA 连接酶的生化性质

极端嗜热古菌———芝田硫化叶菌 DNA 连接酶 (Ssh 连接酶 ) 的最适辅因子为 ATP ,在 dATP 存在时,该酶也能表现出较弱的连接活性 . ATP 或 dATP 都能够使该酶发生腺苷化,腺苷化的 Ssh 连接酶能够将腺苷基团转移至含切刻的 DNA 上 . 电泳迁移率改变实验表明, Ssh 连接酶能够结合双链 DNA ,且与含切刻及不含切刻的 DNA 结合的亲和力相同,但不结合单链 DNA. 酵母双杂交实验显示,硫磺矿硫化叶菌 ( 与芝田硫化叶菌亲缘关系很近 ) 的 DNA 连接酶,与该菌所含的 3 个增殖细胞核抗原 (PCNA) 同源蛋白中的一个 (PCNA-1) 有相互作用,而与另外 2 个同源蛋白 (PCNA-like 和 PCNA-2) 则无相互作用 . 在古菌中高度保守的 Sac10b 蛋白家族成员 Ssh10b 能够激活 Ssh 连接酶的活性,而硫化叶菌中的主要染色体蛋白——— 7 ku DNA 结合蛋白 (Ssh7) 则对该酶活性没有影响 .