真核细胞DNA聚合酶δ的结构与功能

DNA聚合酶δ(Polδ)在真核细胞的DNA复制过程中具有核心酶的作用,同时还参与DNA的修复。Polδ是一种由多个亚基组成的复合体,目前已从哺乳动物、裂殖酵母和芽殖酵母等多种真核生物细胞中分离出,并对它们的亚基组成进行了分析,但还未得到确切一致的结果。Polδ在DNA复制中的具体作用已基本了解,它参与催化整个前导链的复制以及一些或大部分滞后链的复制。此外,Polδ还参与DNA的修复,此酶的这一功能可减少DNA的变异,但目前对其作用机理还知之较少。在Polδ活性调控方面,主要研究了一些相关蛋白因子对Polδ活性的调控作用以及转录因子对催化亚基表达的调控作用。     

表观遗传调控：基于染色质环境的DNA双链断裂修复

DNA双链断裂（DNA double-strand breaks, DSBs）是威胁基因组完整性和细胞存活的最有害的DNA损伤类型。同源重组（homologous recombination,HR）和非同源末端连接（non-homologous end joining,NHEJ）是修复DNA双链断裂的两种主要途径。DSB修复涉及到损伤部位修复蛋白的募集和染色质结构的改变。在DNA双链断裂诱导下,染色质结构的动态变化在时间和空间上受到严格调控,进而对DNA双链断裂修复过程进行精细调节。特定的染色质修饰形成利于修复的染色质状态,有助于DNA双链断裂修复机器的招募、修复途径的选择和DNA损伤检查点的活化;其中修复途径的选择对于基因组稳定性至关重要。修复不当或失败可导致基因组不稳定性,甚至促进肿瘤的发生。本文综述了染色质结构和染色质修饰的动态变化在DSB修复中的重要作用。此外,文章还总结了在癌症治疗中靶向关键染色质调控因子在基因组稳定性维持、肿瘤发生发展以及潜在临床应用价值等方面的进展。     

DNA甲基化与癌症

DNA甲基化是重要的表观遗传修饰,主要发生在DNA的CpG岛. DNA的甲基化通过DNA甲基转移酶（DNA methyltransferases, DNMTs）完成. DNA甲基化参与了细胞分化、基因组稳定性、X染色体失活、基因印记等多种细胞生物学过程.单基因水平及基因组范围内的DNA甲基化改变在肿瘤发生发展中亦发挥重要作用. 抑癌基因的异常甲基化引起的表达抑制,可导致肿瘤细胞的增殖失控和侵袭转移,并参与肿瘤组织的血管生成过程.在许多肿瘤的研究中都发现了基因组整体DNA低甲基化所导致的染色体不稳定性. 本文从DNA的异常高甲基化和低甲基化两方面论述了DNA甲基化在细胞恶变发生发展过程中的改变及其影响,并阐述了DNA甲基化改变在肿瘤诊断和治疗中的作用.     

聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶1功能与其抑制剂的作用及耐药机制

聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶1(poly ADP-ribose polymerase-1,PARP1)是细胞中重要的修饰酶,其最广为人知的作用是通过自身PAR修饰,募集以XRCC1为首的多种DNA损伤修复效应蛋白质,参与DNA单、双链损伤修复。PARP1还能通过促进复制叉停滞与核小体解聚,为DNA损伤修复提供有利条件,维持基因组稳定性。近年来,除DNA损伤修复方面的作用,还发现PARP1能影响细胞凋亡、自噬与炎症通路,与神经退行性疾病的发生发展密切相关。而PARP抑制剂(PARP inhibitor,PARPi)是一种靶向PARP1,与细胞同源重组(homologous recombination,HR)缺陷表型共同作用,产生合成致死效应的抗肿瘤药物。该药物可捕获PARP1并抑制其活性,一方面直接干扰PARP1参与的DNA损伤修复通路,另一方面也抑制了PARP1介导的DNA损伤修复通路选择和复制叉停滞,使细胞基因组不稳定。然而,在临床治疗中常发现肿瘤细胞对PARPi不敏感。肿瘤细胞对PARPi耐药与自身基因突变高度相关,这些基因分别作用于细胞HR修复途径、PARP1循环途径、复制叉稳定性和药物主动外排等方面,在耐药肿瘤患者中确定具体的突变位点,将为临床治疗提供帮助。本文旨在对PARP1的功能作一综述,并重点介绍PARPi的作用机制和与肿瘤耐药相关的突变基因及其耐药机制,以期加深对细胞中PARP1介导的DNA损伤修复通路的认识,并为将来的临床治疗提供新思路。     

p53基因与DNA修复

DNA的损伤修复是一个多因子参与的、多环节的复杂修复系统。p53基因以多条信号通路,多种调控方式参与DNA修复。它可以通过其下游一系列靶基因p21、gadd45等调控细胞周期,使细胞停滞于G1期、G2期等检测点,从而使受损DNA有足够的时间进行多因子参与的修复过程;也可以与DNA修复因子PRSA、PCNA、XPp48基因等相互作用,直接参与DNA修复;还可以蛋白－蛋白相互作用参与DNA修复。     

Sirtuins家族在DNA损伤修复中的作用

Sirtuins家族蛋白是一类依赖NAD的去乙酰化酶,属于第Ш类去乙酰化酶(HDACs),哺乳动物Sirtuins家族成员共有7个(SIRT1-7),其主要具有去乙酰化酶的活性,可以使多种蛋白发生去乙酰化,进而参与DNA的损伤修复、基因的转录调控、细胞凋亡、代谢及衰老等诸多生物进程。本文主要对Sirtuins家族在DNA损伤修复中的作用及其相关机制进行阐述。     

人源DNA聚合酶δ研究进展

在真核生物染色体DNA复制过程中主要涉及三种DNA聚合酶:α(Polα),δ(Polδ)和ε(Polε)。人源DNA聚合酶δ是p125,p68,p50,p12四个亚基构成的异源四聚体,属于DNA聚合酶B家族,具有5’-3’聚合酶催化活性和3’-5’核酸外切酶活性,是染色体DNA复制过程中最主要的复制酶,同时还参与多种形式的损伤修复,在保证基因组结构的完整性和遗传稳定性方面具有重要的意义。由于其重要的生物学功能,目前引起人们更多的关注和重视。对人源DNA聚合酶δ的分离纯化方法及涉及DNA复制和损伤修复过程中酶学功能等方面的最新研究进展进行综述。     

线粒体DNA与DNA甲基化的关系

线粒体DNA（mitochondrial DNA,mtDNA）遗传信息量虽小,却控制着线粒体一些最基本的性质,对细胞及其功能有着重要影响。mtDNA的损伤与衰老、肿瘤等疾病的发生有关。DNA甲基化是调节基因表达的重要方式之一。mtDNA基因的表达受核DNA（nuclear DNA,nDNA）的调控,mtDNA和nDNA协同作用参与机体代谢调节和发病。本文就近年来mtDNA与DNA甲基化的关系作一综述。     

植物DNA甲基化

DNA甲基化是造成植物转录水平基因沉默的主要原因。从DNA甲基化的发生机理,DNA甲基化抑制基因转录以及调控基因转录的方式简要地介绍了真核生物中DNA甲基化的功能和调控机制方面的一些研究进展。     

DNA甲基化与肿瘤

DNA甲基化参与基因的表达调控。DNA甲基化异常与肿瘤等疾病有关,抑癌基因启动子区的异常甲基化和癌基因的去甲基化均影响肿瘤的发生发展过程,肿瘤细胞的总体甲基化水平比正常细胞低,但是伴有某些CpG岛甲基化程度增高。     

DNA切除修复与转录偶联

细胞DNA受到某些环境理化因子损伤后,其中活性转录基因和DNA转录链上的损伤被优先切除修复,这种DNA选择性修复直接与基因转录过程偶联．在大肠杆菌中已分离到实现此功能的转录修复偶联因子（TRCF）,是由mdf基因编码的一种具有ATPase活性的DNA结合蛋白．在真核细胞中,发现某些DNA修复蛋白也在DNA转录中起作用,如人DNA切除修复基因ERCG－3编码产物,是转录因子TFⅡH中最大亚基p89,酵母切除修复基因RAD3就是编码因子b的最大亚基p85．     

DNA甲基化——肿瘤产生的一种表观遗传学机制

在人类基因组中,DNA甲基化是一种表观遗传修饰,它与肿瘤的发生关系密切。抑癌基因和DNA修复基因的高甲基化、重复序列DNA的低甲基化、某些印记基因的印记丢失与多种肿瘤的发生有关。目前研究发现,基因组中甲基化的水平不仅受DNA 甲基化转移酶（DNMT）的影响,还与组蛋白甲基化、叶酸摄入、RNA干扰等多种因素有关。DNA甲基化在基因转录过程中扮有重要角色,并与组蛋白修饰、染色质构型重塑共同参与转录调控。     

线粒体DNA与DNA甲基化

线粒体是除细胞核之外唯一携带遗传物质的细胞器,其线粒体DNA（mitochondrial DNA,mtDNA）控制着线粒体一些最基本的性质,对细胞功能有着重要影响.DNA甲基化是调节基因表达的重要方式之一.研究表明mtDNA存在CpG位点的低甲基化,并且mtDNA基因的表达受核DNA（nuclear DNA,nDNA）及线粒体自身DNA甲基化的调控,mtDNA和nDNA协同作用参与机体代谢调节和疾病发生发展过程.就近年来mtDNA与DNA甲基化的关系作一综述.     

哺乳动物跨损伤DNA聚合酶Polκ研究进展

跨损伤DNA合成(translesion DNA synthesis,TLS)是细胞应答DNA损伤时的一种耐受机制,它利用特异的低保真度的DNA聚合酶直接在损伤的对面合成DNA,使复制得以延续.TLS分为无错旁路和易错旁路两种途径,其中易错旁路途径是DNA损伤诱发基因组突变的主要机制.另外TLS也与肿瘤细胞耐药性相关.在体内执行TLS功能的DNA聚合酶主要是DNA聚合酶Y家族的成员,其中包括聚合酶kappa(Polκ).就TLS的特性,哺乳动物Polκ的结构及催化活性、表达及调控、蛋白质相互作用及其在TLS中可能的调控机制和体内功能等方面做一阐述.     

基因转录后调控在DNA损伤反应中的重要功能

DNA损伤发生时,细胞会激活一系列复杂的信号网络来调控细胞周期检查,完成DNA损伤修复或当损伤超过修复能力时诱导凋亡,这一信号网络被称为DNA损伤反应(DNA damage response,DDR)。以往DDR信号网络的研究主要集中于基因转录调控和蛋白共价修饰对功能分子的稳定性和活性调控。近年来,mRNA稳定性调控和mRNA翻译调控等基因转录后调控机制在DDR中的重要作用引起研究者越来越多的关注。研究证明:多种microRNAs和RNA结合蛋白(RNA-binding proteins,RBPs)在转录后水平调控诸多重要功能蛋白的表达,在DDR信号网络中起着不可或缺的作用。文章针对DDR反应中转录后调控的研究进展以及参与其中的microRNAs和RBPs进行阐述和讨论。     

植物RNA聚合酶Ⅳ调控DNA甲基化和发育的研究进展

DNA甲基化是一类稳定可遗传的表观遗传修饰,在调控基因表达、沉默转座子和维持基因组稳定性等方面发挥重要作用。植物中,DNA从头甲基化通过RNA指导的DNA甲基化(RNA-directedDNAmethylation,RdDM)途径建立。植物特有的DNA依赖的RNA聚合酶Ⅳ(DNA-dependent RNA polymerase Ⅳ, Pol Ⅳ)是RdDM途径核心蛋白,转录产生非编码RNA,通过RdDM途径引导从头建立DNA甲基化,进而调控植物基因表达和生长发育。Pol Ⅳ行使功能受多个蛋白调控：组蛋白阅读器SHH1 (SAWADEE homeodomain homolog 1)识别H3K9甲基化引导Pol Ⅳ到基因组特定位点;染色质重塑因子CLSY (CLASSY)蛋白家族协助Pol Ⅳ识别靶位点;RNA依赖的RNA聚合酶2 (RNA-dependent RNA polymerase 2, RDR2)将Pol Ⅳ转录产生的单链RNA转换成双链RNA。本文总结了Pol Ⅳ及其调控蛋白调控植物DNA甲基化和发育的研究进展,以期为DNA甲基化研究和农作物育种提供参考。     

组蛋白去乙酰化酶抑制剂对DNA双链断裂修复路径的作用

DNA双链断裂(double strand breaks, DSBs)对细胞生存是致命的.细胞内非同源末端连接(NHEJ)、重组修复(HDR)、单链退火修复(SSA)和微同源序列末端连接(MMEJ)等通路可竞争性修复DNA双链断裂损伤.在肿瘤细胞DNA中制造难以修复的基因损伤,诱导肿瘤细胞周期中止、坏死和凋亡是临床放、化疗的主要策略.组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase）作为抗肿瘤治疗的新靶标,其抑制剂(histonedeacetylase inhibitors, HDACi)可显著降低肿瘤细胞DSBs修复能力,增强肿瘤细胞的放、化疗敏感性.研究显示,HDACi抑制了肿瘤细胞中具有正确修复倾向的HDR和经典NHEJ通路,具有错误修复倾向的SSA和MMEJ路径也可能牵涉其中.目前,HDACi作用于DSBs修复通路的分子机制已取得较大进展,但仍有许多问题有待阐明.     

DNA聚合酶Polι的研究进展

Y家族DNA聚合酶是一种跨损伤复制酶,即能以损伤的DNA为模板进行复制。Y家族DNA聚合酶广泛分布生物界,人类细胞中Y家族DNA聚合酶至少包括Rev1、Polκ、Polι、Polη四种,Polι在以DNA为模板进行复制时错配率很高而不同于其他跨损伤DNA聚合酶,Polι是目前发现的所有DNA聚合酶中保真性最低的DNA聚合酶。很高的错配率导致很高的突变率,最后基因的突变导致癌症的发生,因此Polι在各个国家被广泛的研究,并且对Polι的各个不同的特性进行了研究,取得了一系列成果,现对Polι的研究进展予以综述,并展望了未来的研究趋势。     

DNA聚合酶Polι的研究进展

Y家族DNA聚合酶是一种跨损伤复制酶,即能以损伤的DNA为模板进行复制。Y家族DNA聚合酶广泛分布生物界,人类细胞中Y家族DNA聚合酶至少包括Rev1、Polκ、Polι、Polη四种,Polι在以DNA为模板进行复制时错配率很高而不同于其他跨损伤DNA聚合酶,Polι是目前发现的所有DNA聚合酶中保真性最低的DNA聚合酶。很高的错配率导致很高的突变率,最后基因的突变导致癌症的发生,因此Polι在各个国家被广泛的研究,并且对Polι的各个不同的特性进行了研究,取得了一系列成果,现对Polι的研究进展予以综述,并展望了未来的研究趋势。