增强子的鉴定及其在肿瘤研究中的应用

增强子是一类增强靶基因转录活性的DNA顺式作用元件。但是增强子与靶基因的方向和距离不确定,大大增加了研究增强子调控的靶基因及其作用机制的困难。已有大量研究显示,增强子的突变或功能异常与疾病发生发展相关;仅有少量研究报道增强子通过促进靶基因的表达,引发癌症或产生抗药性。目前与癌症发生发展和在癌症治疗过程中抗药性产生相关的增强子尚未得到充分鉴定,这些增强子的调控机制也未得到充分解析。本文对目前可在全基因组水平上预测和鉴定增强子以及解析增强子调控机制的方法进行总结和对比,并对近几年增强子在肿瘤诊断、治疗和发生发展机制中的研究进展进行综述。期望本文为筛选与癌症发生发展相关的增强子和解析这些增强子的调控机制提供参考,为提高癌症的诊断和制定癌症的治疗策略提供新的视角。     

CRISPR/Cas基因编辑技术在增强子功能分析及鉴定中的研究进展*

增强子是生物体内重要的顺式基因表达调控元件,参与众多生物学过程,与癌症的发生发展及多种疾病的产生紧密相关。虽然基于生物信息学的方法可以对增强子进行鉴定和筛选,然而由于增强子与靶基因的位置和方向不确定,大大增加了深入研究增强子调控机制的难度。近年来,CRISPR/Cas技术的不断发展创新,为揭示和验证增强子的分子机制提供了可操作性。因此,在系统回顾CRISPR/Cas技术的发展过程及在生物学中的应用基础上,重点总结近年来CRISPR/Cas技术在增强子研究中的创新应用,包括不同CRISPR/Cas技术的作用原理及CRISPR/Cas技术如何编辑增强子等,以期为利用CRISPR/Cas技术研究增强子功能机制提供可行性参考。     

增强子RNA的功能特性及其在人类疾病中的重要调控作用

增强子是基因组上一段可以被转录调控蛋白识别并结合的区域,作为顺式调控元件和启动子共同参与基因转录过程。增强子在激活状态下,打开局部染色质并暴露DNA基序以吸引转录因子,从而进一步招募RNA聚合酶产生一类非编码RNA,即增强子RNA(enhancer RNA,eRNA)。eRNA可促进增强子与启动子特异性染色质远程互作参与基因转录调节,或与转录因子等调控蛋白结合促进基因转录,具有多样的功能和调控机制,从而在细胞的发育和分化、疾病发生发展等众多生物过程中起重要作用。该文就e RNA特性、功能、鉴定、数据库资源,以及eRNA在人类神经系统疾病、癌症、免疫代谢类疾病、心血管疾病等中的功能作用研究进展作一系统综述,探讨eRNA的未来研究方向,及在疾病中作为潜在治疗靶点的可能及目前存在的挑战。     

超级增强子研究进展

超级增强子是具有转录活性增强子的一个大簇,驱动控制细胞身份基因的表达,在发育和肿瘤等疾病发生过程中起到重要作用。和普通增强子相比,许多肿瘤细胞关键致癌基因是由超级增强子驱动,常见疾病如阿尔茨海默病等相关的变异显著富集于超级增强子。超级增强子在关键致癌基因的鉴定、疾病关联变异位点的发现等领域显示了巨大的应用潜力。本文首先概述了如何在全基因组水平进行增强子的鉴定,随后引入超级增强子的概念和鉴定方法,最后阐述了超级增强子的主要结构和功能特征,并对其在研究中的应用做了展望。     

Tol2转座子介导斑马鱼rps26基因附近增强子捕获及注解分析

随着人类等生物大规模基因组测序工作的完成,认识和理解基因组上表达调控元件成为后基因组时代的重要研究任务,增强子捕获技术是一种鉴定基因组上增强子元件及其对基因表达调控机制的有效方法。本研究选择Tol2转座子系统介导制备的稳定增强子捕获品系TK4系(头部和躯干特异性GFP表达),利用Splinkerette PCR(sp-PCR)、原位杂交和比较基因组学等技术手段进行所捕获增强子的解析研究。将TK4系的F1代与野生型斑马鱼杂交,收集受精卵,于6 hpf(Hour post fertilization)、24 hpf、48 hpf、3 dpf(Day post fertilization)、4 dpf、5 dpf六个发育阶段通过荧光显微镜检测绿色荧光蛋白报告基因的表达模式;然后通过sp-PCR方法克隆到Tol2转座子插入位点斑马鱼基因组侧翼序列,经比对分析表明插入位点位于基因组23号染色体27749253位置,在rps26基因的intron1中,且报告基因插入方向与基因方向相反。在插入位点100 kb的基因组范围内有7个基因,分别为arf3a、wnt10b、wnt1、rps26、IKZF4、dnajc22和lmbr1l。通过VISTA程序对不同脊椎动物基因组同源序列比对结果显示,在rps26基因下游有2个潜在保守的非编码序列区CNS1(Conserved non-coding sequence)和CNS2,为可能的增强子元件。胚胎原位杂交表明:rps26基因的两个转录本有母源性表达,rps26-201在合子中的表达早于rps26-001,而TK4系斑马鱼的GFP在早期(6 hpf)不表达,后期rps26与GFP的表达模式既存在相似性,也存在差异性,提示两者可能既接受共同的增强子调控,但也存在不同增强子调控,所获得的2个潜在的增强子(CNS1和CNS2)可能对附近的基因(包括rps26)发挥差异的时空表达调控作用。本研究首次成功获得rps26基因附近2个潜在增强子,为深入研究这两个增强子对基因组附近基因的表达调控机制奠定基础,本研究所采用的结合技术手段也为增强子解析提供参考。     

增强子RNA研究现状

增强子是真核生物基因表达调控的主要顺式作用元件,能有效促进基因表达。活化的增强子可以转录生成增强子RNA (enhancer RNAs, eRNAs),其合成受到信号系统和信号转录因子的约束。eRNAs与其他转录本(如lncRNAs和mRNAs)相比,其长度更短、稳定性更差、组织特异性更强。此外,eRNAs对增强子与启动子之间的染色质环(looping)的形成和稳定有一定的作用,并能促进靶基因的表达。目前,越来越多的研究发现eRNAs在发育和疾病发生等生物学过程中扮演着重要角色,但是其功能研究一直进展缓慢,调控机制尚不清楚。本文概述了eRNAs的特征、研究方法和功能特性,探讨了eRNAs作为潜在治疗靶标的可能性,以期为eRNAs的后续研究提供参考。     

病毒编码的启动子和增强子研究进展

本文介绍病毒编码的启动子和增强子的结构和功能特点。综述人类免疫缺陷病毒,人单纯疱疹病毒,巨细胞病毒,人乳头瘤病毒,Ｅｐｓｔｅｉｎ－Ｂａｒｒ病毒和乙型肝炎病毒启动子和增强子研究的主要进展,阐述这些启动子,增强子在病毒转录及调控中的作用及其机制和目前研究中有待解决的问题。     

增强子及其生物信息学预测

真核生物基因表达调控是当代分子生物学研究的重要课题之一。增强子是主要的真核生物基因表达调控的顺式作用元件,能有效促进基因表达。因此,增强子的相关研究是当今分子生物学研究的重点之一。运用生物信息学方法具有方便、快捷以及成本低等优势,这使得生物信息学成为当代分子生物学研究的重要工具。本文简单综述了增强子相关研究进展和采用生物信息学策略对序列保守性增强子进行预测和定位的几个常用数据库和具体方法。     

乳腺癌增强子-miRNA调控网络识别与分析

乳腺癌发病率位列女性恶性肿瘤之首。先前研究表明增强子可通过调控miRNA影响肿瘤的发生发展。然而,增强子与miRNA在乳腺癌中形成何种调控网络目前尚不清楚。为了探究乳腺癌中增强子与miRNA形成的调控网络,通过分析112个乳腺浸润癌样本和104个正常组织样本,共识别了220对增强子-miRNA调控关系,其中包括220个增强子、56个乳腺癌失调miRNAs。生存分析表明, 6个miRNAs (hsa-mir-195、hsa-mir-671、hsa-mir-3619、hsa-mir-4664、hsa-mir-5003、hsa-mir-5691)的表达水平显著与乳腺浸润癌患者的生存时间相关。进一步的GO/KEGG功能富集分析显示,这6个miRNAs的靶基因显著富集在癌症相关生物学进程与信号通路上。对这6个miRNAs的靶基因进行驱动基因与网络分析,共识别了6个网络关键节点,其中TP53、CCNE2的基因显著与乳腺浸润癌患者的生存时间相关。以上结果为探索增强子与miRNA在乳腺癌中的调控机制提供了理论与方法基础。     

转录因子C／EBPβ的研究进展

C／EBPs增强子结合蛋白是核转录因子,其作用范围广泛,既参与正常的生理代谢过程,又与多种疾病的发生和发展相关,其作用方式多样,对转录有正、负调控作用。C／EBPβ是其第二位成员主要通过对靶细胞基因转录的调节,参与细胞的增殖与分化、肿瘤的发生与凋亡等重要生命活动;其功能受到蛋白酶降解、磷酸化、蛋白质相互作用等多种途径的调控。本文就C／EBPs的调控机理及其与肿瘤的关系综述如下。     

结肠癌中核内miRNA的激活调控作用研究

为了探究增强子介导的核内miRNA在结肠癌发生中的作用,本研究筛选了结肠癌中的差异表达的miRNA数据、结肠的特异性增强子数据、结肠癌中差异表达基因数据,利用细胞核内miRNA靶向增强子预测算法,筛选miRNA调控的结肠特异性增强子;利用增强子靶基因预测数据,筛选核内miRNA调控的差异表达靶基因,并且构建核内miRNA-靶基因网络,并通过网络的分析和筛选获得结肠癌中关键的致病基因,同时对网络中的靶基因进行GO的功能注释。结果表明,我们所构建的核内miRNA-激活调控靶基因网络包含miRNA-靶基因关系对2 121个,259个节点,其中包含34个下调基因、183个上调的基因,7个下调的miRNA,35个上调的miRNA。而后我们分析了网络进行的节点度的整体分布情况,发现网络中大部分的节点的度都是小于10的,仅有少量miRNA结合和部分的差异表达基因节点的度大于10。核内miRNA主要通过激活调控了一些应激反应相关的功能和,同时,抑制调控了细胞周期、细胞凋亡、细胞死亡巨噬细胞代谢等相关功能,通过激活和抑制相关功能诱发结肠癌的发生。从核内miRNA的激活调控角度研究结肠癌的发病机制,是对原有细胞浆中miRNA抑制调控机制的补充,也为结肠癌的系统研究提供了新的视野。     

组蛋白去甲基化酶UTX的研究进展

UTX是一种含有多个TPR结构域和一个JmjC催化结构域的组蛋白修饰酶,主要负责去除H3K27位点的二/三甲基化。在分子机制上,UTX一方面可通过其去甲基化酶活性降低靶基因启动子或增强子上的H3K27me2/3水平,另一方面可与MLL3/4形成复合物调控增强子的H3K4甲基化水平,从而促进基因转录。此外,UTX还可以通过与组蛋白乙酰转移酶p300或去乙酰化酶HDAC1相互作用从而调控组蛋白乙酰化水平,进而影响基因转录。在生理病理方面,UTX主要参与生长发育、组织分化、免疫以及代谢等生理过程,并调控多种疾病如歌舞伎综合征、癌症等疾病的发生发展。该文对UTX的最新研究成果进行总结,并就其在疾病治疗中的可能作用展开讨论。     

组织和发育特异性基因的远距离转录调控

远距离转录调控是指增强子、沉默子和隔离子等顺式作用元件参与的组织和发育特异性基因的表达调控。其调控元件可位于距转录基因很远的DNA区域,甚至分布于邻近基因内含子中。随着人类基因组计划和各种模式生物测序工作的完成,为大规模快速查找远距离调控元件提供了新的手段。由于基因组结构的复杂性,很难建立统一的基因表达调控模型,目前认为启动子与增强子的相互作用是组织和发育特异性基因成功表达的关键。另外,远距离转录调控机制一旦破坏还将导致疾病的发生。     

原核增强子样序列研究进展

增强子是真核细胞中增强启动子功能的顺式作用元件。随着人们对原核生物基因表达调控的深入研究,人们发现在原核生物的调控系统和某些病毒基因组DNA片段中也具有增强子样功能。这些研究对揭示原核系统的基因表达调控和增强外源基因在原核系统中的表达水平具有重要的理论意义和实用价值。     

乙酰化修饰对人非组蛋白稳定性调控功能的最新进展

乙酰化修饰是一种广泛存在于生物体中的可逆性蛋白质翻译后修饰方式,主要发生于蛋白质赖氨酸残基的侧链NH2基团上,最早在组蛋白中发现。乙酰化修饰主要通过修饰组蛋白影响细胞的染色质结构以及激活细胞核内转录因子,从基因组水平来调控细胞的生命活动。随着乙酰化修饰检测技术和生物学研究的发展,发现乙酰化修饰也大量存在于非组蛋白中,并调控蛋白质的功能,进而影响多种生物学过程。其中,乙酰化修饰可以调控非组蛋白的稳定性,使其在细胞中更加稳定和持久地存在,这种调控机制在细胞的生长和分化等过程中具有重要作用,并影响多种疾病的发生发展。该文介绍了乙酰化修饰及其主要的生物学功能,系统总结了乙酰化修饰对人非组蛋白稳定性调控的机制与功能的影响,并介绍了乙酰化修饰调控蛋白质稳定性对疾病发生发展的作用,有助于解析疾病的发生机制,为疾病的治疗提供新的思路和方法。     

癌症DNA甲基化调控位点的识别

DNA甲基化是一种重要的表观遗传学修饰,在基因的转录调控方面具有重要的作用。异常的DNA甲基化可以导致癌症等复杂疾病发生,癌基因相关的DNA甲基化调控位点的识别对于解析癌症的发生发展机制及识别新的癌症标记具有重要意义。本研究通过整合The Cancer Genome Atlas(TCGA)的泛癌症基因组的高通量甲基化谱和基因表达谱,识别癌基因相关的DNA甲基化调控位点。对于每种癌症分批次计算Cp G位点甲基化与相关基因表达之间的相关性,并筛选调控下游基因的Cp G位点(包括强调控位点、弱调控位点和不调控位点),结果表明仅有一半的Cp G位点对下游基因具有调控作用;对癌症间共享的调控位点的分析发现不同癌症间共享的调控位点不尽相同,表明癌症特异的甲基化调控位点的存在。进一步地,对差异甲基化和差异表达基因的功能富集分析揭示了受甲基化调控的基因确实参与了癌症发生发展相关的功能。本研究的结果是对当前甲基化调控位点集的重要补充,也是识别癌症新型分子标记特征的重要资源。     

鼻咽癌细胞中ezrin基因增强子区的定位分析

本研究采用嵌套缺失和荧光素酶检测技术对鼻咽癌CNE2细胞ezrin基因增强子区进行定位分析。实验结果显示,CNE2细胞中,ezrin基因-1541/-706具有转录激活和转录增强作用,存在转录正调控区和负调控区。对5个潜在转录调控区的进一步研究发现,ezrin基因-1297/-1186对ezrin启动子和SV40启动子具有显著的转录增强作用;其它4个区域对启动子不表现转录调控作用,或表现弱的转录增强作用。结果表明,ezrin基因-1297/-1186是具有增强子作用的关键转录调控区,它有可能与其它潜在转录调控区以共同或协同的方式调控ezrin基因转录。     

超级增强子在肿瘤研究中的进展

超级增强子是由多个相邻近的普通增强子组成的、驱动调控细胞身份基因表达的一个大簇,该区域富集高密度的转录因子、辅因子及增强子相关表观修饰。超级增强子所驱动的异常转录基因对维持肿瘤细胞特性至关重要。肿瘤细胞通过组装自身超级增强子,显著促进多种癌基因表达,从而增强肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移的能力;抑制超级增强子的活性,则显著抑制肿瘤细胞的生长和存活。本文对目前报道的肿瘤细胞中超级增强子的结构特征和功能调控,以及靶向超级增强子药物研发现状进行了总结,旨在为研发新的针对超级增强子为靶点的抗肿瘤药物提供理论基础和借鉴。     

增强子作用机制的研究进展

增强子是一个非常重要的顺式作用元件,可能以“开或关”或“渐进”方式来调控其相应基因的表达。“Looping”及“Linking”模型可以解释增强子与启动子或其他顺式调控元件及反式因子的协同作用,尤其是增强子远距离调控的作用机制。     

增强子RNA的研究进展

增强子是位于基因上游的DNA序列,能够增强下游基因的转录,但增强子自身也可转录出RNA却鲜为人知。最近通过一些关于全基因组的研究发现,增强子可以普遍地转录产生RNA,称之为enhancer RNAs(eRNAs)。eRNAs可以激活增强子活性,也能与其它蛋白质因子结合促进增强子启动子环的形成,从而激活下游基因的表达,它还可能以独立的形式发挥某些生物学功能。目前对eRNAs的研究并不是很深入,所以对eRNAs的深入研究将对其功能探索、eRNAs的开发应用,甚至是疾病的防治有重要的意义。本文旨在对eRNAs的结构、功能及作用机制作相关介绍。