蛋白质起始的DNA病毒复制机制

DNA聚合酶在DNA合成过程中需要的引物包括RNA引物、DNA自我引物和蛋白质引物3种类型。新DNA链(如冈崎片段)的复制多是在DNA模板上合成一段RNA引物,细小病毒利用其基因组末端的反向末端重复序列(ITRs)自我折叠成DNA引物,而一些DNA、RNA病毒及真菌质粒起始复制反应的引物则是蛋白质。以感染原核生物的噬菌体Phi29和真核DNA病毒腺病毒为例,从复制过程所涉及的蛋白质、对复制原点的识别、复制起始反应、新链的延伸、复制终止过程等方面详细阐述DNA病毒由蛋白质引发的复制机制,并对已商品化的Phi29 DNA聚合酶产品多重置换扩增及单细胞测序等的应用以及基于噬菌体Phi29蛋白质起始的最小复制系统体外扩增异源DNA等最新的应用研究作相关总结介绍。     

大肠杆菌TorS/TorR二组分体应答蛋白TorR对DNA复制起始的影响

二组分体作为一种信号转导系统在细菌中普遍存在,能够感知外界环境变化并做出应答。细菌中CckA/CtrA、ArcA/ArcB和PhoP/PhoQ二组分体与DNA复制起始和细胞分裂相关,但目前还未见TorS/TorR二组分体对细胞周期及DNA复制影响的相关报道。大肠杆菌TorS/TorR二组分体能够监测细胞周围氧化三甲胺(Trimethylamine oxide, TMAO)的浓度变化,但其是否影响DNA复制起始呢?文章利用流式细胞仪检测了ΔtorS和ΔtorR突变体菌株的复制式样。结果发现,ΔtorS突变菌株每个细胞复制起始原点数目和倍增时间与野生型细胞一致,而ΔtorR突变菌株每个细胞复制起始原点数目多于野生型细胞,说明复制起始发生时间比野生型细胞早。但是过表达TorR蛋白或者共同表达TorS和TorR蛋白都不能使ΔtorR突变体表型恢复为野生型表型。而在野生型和ΔtorR突变细胞中过表达SufD蛋白能使复制起始提早发生,在ΔtorR和ΔsufD双突变细胞中复制起始延迟。所以,TorR可能通过改变sufD基因的表达来间接影响染色体复制起始。     

Mcm10在真核细胞复制起始中的作用

真核生物DNA复制需要精确的调控,复制起始顺利开启至关重要,其中复制解旋酶的组装是复制起始的核心。作为解旋酶的核心组件,微小染色体维持蛋白(minichromosome maintenance proteins,Mcms)在真核细胞DNA复制的起始阶段扮演着重要的角色。目前,对Mcm2-7复合物的功能研究已开展较多,其在复制起始中的作用已有较为全面的解释。近些年研究发现,Mcm10也在DNA复制的起始调控中起重要作用。该文对近些年Mcm10在真核细胞复制起始中的功能研究进行综述,以期对相关领域的研究者有所帮助。     

酿酒酵母DNA复制的精确时空控制

DNA复制是最基本的生命活动之一。DNA复制本身的错误及其过程控制的异常是细胞内基因组不稳定的主要来源,会导致细胞生长异常、衰老、癌变乃至死亡。为了保证基因组DNA能够精确且完整的复制,DNA复制受到严格的调控。在G1期,DNA复制解旋酶的核心组分Mcm2-7复合体被招募到复制起点,获得复制许可资格。进入S期后,在两个周期性蛋白激酶及多个支架蛋白的作用下,复制解旋酶的激活因子Cdc45和GINS复合体被招募至Mcm2-7,形成解旋酶全酶Cdc45-Mcm2-7-GINS (CMG)复合体。随后,众多复制相关蛋白在精准的时空控制下被招募至CMG平台并组装成复制机器,起始DNA双向复制。当相向而行的两个复制叉相遇,复制机器会从DNA链上解离下来,从而完成DNA复制。关于DNA复制过程的研究在近十年来取得了跨越式的突破。本文以酿酒酵母为例,围绕所有真核生物中都高度保守的DNA复制控制开关——CMG解旋酶,对真核生物DNA复制的最新进展进行综述。     

原核细胞复制和表达调控

原核基因调控研究曾是分子生物学的先导,现在仍是分子生物学的一个十分活跃和重要的研究领域。原核基因的调控主要发生在复制、转录和翻译三个水平。这三个过程的主要调控点都在起始阶段。 1 DNA复制调控 DNA复制调控研究起始于复制蛋白质的研究。通过遗传和生化研究鉴别了参与大肠杆菌染色体复制的蛋白质并阐明其功能,包括起始蛋白质,复制蛋白质和专一性蛋白质。起始蛋白质参与转录活化,复制起始点的识别并形成复制体起始复制,包括     

人乳头状瘤病毒复制机制的研究进展

人乳头状瘤病毒(human papillomavirus,HPV)DNA以游离和整合两种形式存在于感染细胞中。游离形式HPVs的复制依赖于上皮细胞的分化,病毒E1、E2蛋白和复制起始位点(origin,Ori)为复制必需元件,E1和E2蛋白与Ori结合起始病毒DNA的复制。随后,病毒DNA通过E2蛋白与Brd4(bromodomain-containing protein 4)等细胞蛋白的互作而与染色体结合,并随细胞分裂平均分配到子代细胞中。在肿瘤中,高危型HPVs的基因组通常以整合形式存在,并随细胞的增殖而复制。     

微小染色体维持蛋白与肿瘤

微小染色体维持(minichromosome maintenance,MCM)蛋白质家族是DNA复制前复合物的重要组成部分,在DNA复制启动过程和DNA损伤修复中发挥着重要作用.MCM蛋白质家族成员在转录调节、染色质重塑和检查点应答中也扮演着重要角色.最近研究发现,MCM异常可导致恶性肿瘤的发生发展,在不同肿瘤(前列腺癌、子宫内膜癌、卵巢癌、肝癌、肺癌、胶质母细胞瘤和髓母细胞瘤等)中呈现异常表达并与肿瘤细胞增殖、侵袭、转移能力密切相关,MCM蛋白有望作为临床上诊断相关恶性肿瘤及提示其预后的生物学标志物.更为重要的是,MCM蛋白质复合物晶体结构逐步得到解析,这不仅有利于阐明其生理和病理作用与调控机制,亦有助于发现靶向MCM的特异性小分子抑制剂,为新型抗肿瘤药物的研发提供新思路.     

真核细胞染色体DNA复制起始及复制叉稳定性维持的机制

在真核生物中,DNA复制在染色体上特定的多位点起始．当细胞处在晚M及G1期,多个复制起始蛋白依次结合到DNA复制源,组装形成复制前复合体．pre．RC在Gl-S的转折期得到激活,随后,多个直接参与DNA复制又形成的蛋白结合到DNA复制源,启动DNA的复制,形成两个双向的DNA复制又．在染色体上,移动的DNA复制又经常会碰到复制障碍（二级DNA结构、一些蛋白的结合位点、损伤的碱基等）而暂停下来,此时,需要细胞周期检验点的调控来稳定复制叉,否则,会导致复制又垮塌及基因组不稳定．本文就真核细胞染色体DNA复制起始的机制,以及复制又稳定性的维持机制进行简要综述．     

动物细胞DNA聚合酶的研究新进展

本文主要介绍动物细胞中四种依赖于DNA的DNA聚合酶(简称DNA聚合酶)的结构、功能及其在DNA复制和修复作用中的研究现状。     

"DNA复制"教学设计

“DNA复制”内容是本章的一个重点 ,本课在教材中所占的篇幅不大 ,但对这节课内容进行合理的拓展和延伸、利用这节内容对学生进行科学方法教育、培养学生的能力是大家密切关注的问题 ,为此本人对这节课进行了创新的设计 ,应用个性化处理的网上资源编辑成网页课件 ,将有关 Flash和 Authorware课件、个性化处理的网上资源、生物图片等进行有机链接 ,取得了很好的效果。1　教材分析“DNA复制”内容是本章的重点之一 ,主要内容包括复制所需要的条件、复制过程及特点、领会 DNA分子独特的双螺旋结构和碱基互补配对能力与复制的密切关系。本…     

人细胞端粒DNA复制与长度维持

端粒位于染色体末端,由短的串联重复DNA片段及其结合蛋白组成。端粒在维持基因组稳定性及染色体结构完整性方面发挥着重要作用。端粒DNA由富含G/C的序列构成,包括双链区及G含量高的3'悬垂单链区(G-overhang,G-tail)。端粒DNA能够形成G四联体(G-quadruplex)和T环(T-loop)等高级结构。许多与DNA损伤修复相关的蛋白质参与端粒DNA的复制与端粒结构的维持,并相对于基因组的其他区域,端粒的DNA复制较为特别,从广义上讲,端粒DNA的复制可以包括双链复制(telomere replication),端粒酶复制延伸(telomerase extension)和C链补齐(C-rich fill-in)。端粒双链复制引起的端粒长度缩短是导致人体细胞衰老的重要原因,而端粒酶复制延伸及C链补齐是干细胞及肿瘤细胞维持其端粒长度及持续分裂能力的主要途径。端粒复制及其结构功能研究是生物医学领域的一个重要热点,阐释端粒复制的机理将为疾病预防及治疗等提供新的思路。     

真核细胞DNA复制叉稳定性维持机制的研究进展

DNA复制是细胞最基本的生命活动之一,是生物体生存和繁殖的基础。从原核生物到真核生物,DNA复制过程基本保守,分为复制起始和延伸两个阶段。复制叉是DNA复制的基本结构,它容易遭受多种内源或外源的DNA复制压力影响而停顿,导致基因组不稳定,引起细胞凋亡、癌变或细胞死亡等严重后果。为了维持复制叉的稳定,细胞进化出了一系列机制,其中最重要机制之一便是S期细胞周期检验点。就影响DNA复制叉稳定的内外因素、S期细胞周期检验点与复制叉稳定性的关系以及复制叉稳定性与相关疾病的发生、治疗等问题进行简要综述。     

Sigma54依赖性转录起始

作为细菌RNA聚合酶(RNAP)的组成型辅助因子,sigma70和sigma54分别参与了原核细胞不同类型基因的转录起始调控。sigma70负责管家基因的自发转录起始;而sigma54负责应激信号相关的基因转录起始。sigma54与RNAP形成复合物后,会通过空间阻滞的方式阻碍DNA进入RNAP中,抑制基因转录起始。当细胞环境变化后,特定应激信号会通过细菌增强子结合蛋白(bEBP)诱发sigma54的构象发生变化,解除sigma54对RNAP的抑制,启动sigma54依赖的基因转录。最近的结构生物学研究揭示了sigma54依赖性转录起始的若干复合物结构,包括全酶、封闭式复合物、2个中间状态复合物及开放式复合物。通过分析这些转录起始复合物的结构,本文阐述了转录起始过程中复合物的结构变化。描述并分析了sigma54和bEBP在转录起始过程中所发挥的功能。本文有助于了解转录起始分子水平的变化,为深入理解sigma54和bEBP促进转录起始的分子机制提供了参考。     

真核生物DNA复制起始调控

复制起始调控是真核生物复制调控机制的重要环节,也是细胞生长调控的核心问题．对SV40病毒和酵母体系的研究为阐明真核生物的复制起始机制及其与细胞周期的关系提供了线索．目前,与DNA复制起始有关的多种蛋白质因子（如核蛋白P₁,DNA单链结合蛋白,DNA聚合酶α,增殖细胞核抗原等）的作用机理逐渐明朗,周期依赖的调控特点得到了证实文章着重介绍了DNA复制起始在细胞周期中的两个调控点及各种周期蛋白在该点的作用,文中还涉及复制起始异常与肿瘤发生的关系.     

裂殖酵母复制起始位点的序列特征分析和预测

DNA的精确复制是保证基因组完整性的关键。裂殖酵母是研究真核生物DNA复制等基因表达调控过程的重要模式生物。作者统计分析了裂殖酵母复制起始区的碱基组分、k-mer(k=2~4)频数、GC/AT位点偏差和GC/AT位点组分。结果发现:复制起始区的AT含量显著高于非复制起始区,且富含WW(W为A或T)二联体,而非复制起始区富含SS(S为G或C)二联体;复制起始区和非复制起始区的GC/AT位点偏差、GC/AT位点组分也存在显著差异。另外,作者仅基于DNA序列或结构特征,使用支持向量机区分了裂殖酵母复制起始区和非复制起始区,预测总精度约70%。表明DNA序列对裂殖酵母的复制起始有重要影响。该研究对进一步阐明真核生物的复制机制有重要的理论意义。     

古菌RecJ蛋白的研究进展

RecJ蛋白属于aspartate-histidine-histidine (DHH)磷酸酯酶超家族,存在于细菌、真核生物和古菌中。细菌RecJ蛋白是一种5′→3′ssDNA外切酶,参与错配修复、同源重组、碱基切除修复等生物学过程。真核生物cell division cycle 45 (Cdc45)蛋白是细菌RecJ核酸酶的同源物,但不具有核酸酶活性。Cdc45蛋白能够与minichromosomemaintenance(MCM)和Go-Ichi-Ni-San(GINS)形成Cdc45-MCM-GINS (CMG)复合物,是真核生物DNA复制的重要组分。在古菌中,几乎所有基因组已测序的古菌均编码一种或多种RecJ蛋白同源物。与细菌RecJ核酸酶不同,古菌RecJ蛋白具有多样化的核酸酶活性,并且能够与MCM和GINS形成类似于真核生物CMG的复合物。因此,古菌RecJ蛋白是参与古菌DNA复制、修复和重组的重要成分。基于目前古菌RecJ蛋白的研究报道,本文综述了古菌RecJ蛋白的活性、结构与功能方面的研究进展,聚焦于不同古菌RecJ蛋白以及它们与细菌RecJ核酸酶和真核生物RecJ同源物的...     

DNA复制的准确性

本文概述了促成原核生物DNA复制准确性的因素。这些因素主要包括四种脱氧核苷三磷酸的平衡供应、DNA聚合酶反应本身的准确性、DNA聚合酶的3′→5′外切酶活性的校对功能、需要RNA引物、后随链的不连续合成的机制以及复制后的修复等。     

YfiA、Rmf和Hpf影响大肠杆菌DNA复制起始

探讨核糖体休眠因子yfiA、rmf和hpf对大肠杆菌DNA复制起始的影响。观察ΔyfiA、Δrmf和Δhpf基因缺失突变体的DNA复制式样、细胞倍增时间、细胞大小等表型变化,并使用温度敏感性实验和蛋白定量实验探究yfiA、rmf和hpf对DNA复制起始的作用机理。结果发现,相较于野生型细胞,ΔyfiA、Δrmf和Δhpf突变体出现DNA复制起始的延迟、细胞倍增时间延长、细胞体积减小等表型变化。温度敏感性试验表明YfiA、RMF和HPF蛋白不是直接通过与DnaA、DnaB或DnaC蛋白相互作用来影响DNA复制起始。蛋白定量实验表明它们可能是通过减少细胞内总蛋白的量,包括DnaA蛋白,使细菌的代谢和生长速度减慢,从而导致细菌DNA复制起始发生延迟、细胞倍增时间延长和体积减小等表型改变。这为深入研究yfiA、rmf和hpf的功能提供基础。     

体外PCR扩增和体内DNA复制有关问题的分析

体外PCR扩增和体内DNA复制是获得复制DNA的2种途径,它们都依据半保留复制的原理,但因其操作的环境不同,所要求的条件和具体的过程又有所不同。针对高中学生的特点对这2个过程所需要的条件、PCR扩增引物的设计、体内DNA复制冈崎片段的连接方式等进行了分析总结。     

病毒感染条件下家蚕ORC的表达变化

DNA复制原点识别复合体(origin recognition complex,ORC)识别并结合在DNA复制原点上,募集其他相关的复制因子组成复制前复合体(pre-replication complex,pre-RC)。ORC各个独立的亚基还具有非复制相关的功能。利用荧光定量PCR技术监测感染核型多角体病毒(BmNPV)后,家蚕五龄起蚕脂肪体组织中ORC各个亚基的表达的变化。在感染早期,ORC的拷贝数有所下降,随后表达量增加,并出现两个峰值。病毒感染36 h后,ORC各个亚基的表达量均下降。家蚕感染病毒后,脂肪体组织中ORC的表达趋势与病毒DNA复制的趋势相近,推测BmORC参与了病毒DNA的复制。