基因敲除小鼠技术的发展和应用——2007诺贝尔生理或医学奖介绍

人类对于自身基因功能的研究是生物学领域非常重要的一项内容.随着人类基因组计划的完成和人类基因信息的不断完善,基因功能的研究已成为近年来国际上的热点.基因敲除小鼠技术的建立和发展使得科学家们能够从分子、细胞及动物整体水平研究特定基因在生物发育、生理以及病理中的作用,对生命科学的发展具有革命性的意义,对临床疾病的认识和治疗也起到了关键的推动作用.这项技术的发明者因此获得了2007年诺贝尔生理或医学奖.     

铁过载引起的疾病：一种“沉默”的疾病

铁是人体生命必需的微量元素,但摄入过多也会对身体健康造成危害。在广大公众心目中．往往只认识到铁提供给人体营养价值的一面,而忽视了铁过量的潜在危害。铁过量会影响心脏、肝脏、内分泌系统和其他器官的正常功能。介绍了血色病、神经退行性疾病、癌症等与铁过载有关的疾病,以期引起人们对铁代谢的全面认识。     

组蛋白去甲基化酶PHD锌指蛋白8与神经发育

PHD锌指蛋白8(PHF8)是一种Fe2+和α-酮戊二酸依赖的组蛋白赖氨酸去甲基化酶.PHF8属于包含JmjC结构域蛋白家族,在N端还含有一个PHD(planthomeodomain)锌指结构域.人的PHF8基因突变往往破坏组蛋白去甲基化酶活性,从而引发遗传性X-连锁智力迟滞(XLMR)并伴发唇裂的发生.PHF8一方面可催化H3K9me2/1、H4K20me1和H3K27me2的去甲基化,另一方面还通过N端PHD锌指结构域与H3K4me3结合而发挥转录共激活作用.PHF8可调节rRNA和多个涉及神经发育的蛋白质编码基因如JARID1C的表达.这些研究显示,PHF8是一种重要的神经发育调节因子,从而拓宽了对组蛋白甲基化与基因表达关联的理解,同时为XLMR疾病的理解提供了新的线索.     

TET蛋白：一个新的DNA修饰酶家族

DNA的胞嘧啶（C）5-甲基化是一种重要的表观修饰,它参与基因调节、基因组印记、X-染色体失活、重复序列抑制和癌症发生等过程. 5-甲基胞嘧啶（5mC）可被TET (ten-eleven translocation)蛋白家族进一步转化为5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）,该过程是DNA去甲基化的1个必要阶段. 5hmC可在活性转录基因起始位点和Polycomb抑制基因启动子延伸区域富集.TET蛋白包括3个成员TET1、TET2和TET3,均属于α-酮戊二酸和Fe²⁺依赖的双加氧酶,其催化涉及氧化过程.小鼠Tet1在胚胎干细胞发育中拥有双重作用,即促进全能因子的转录,又参与发育调节因子的抑制.人TET蛋白的破坏与造血系统肿瘤相关,如在骨髓增生性疾病/肿瘤存在频繁的TET2基因突变.TET蛋白和5hmC的研究为DNA甲基化/去甲基化及其生物学功能提供了新的视点.     

细胞质及线粒体ferritin与铁代谢

铁是机体代谢所必需的微量元素之一。近年来,铁在机体内的代谢越来越受到人们的重视。维持体内铁的平衡,对保证机体的正常生理功能显得极为重要。胞质铁蛋白（cytosolic ferrifin,CFt）是细胞内重要的调节铁平衡的因子之一。而近年发现的线粒体铁蛋白（mitochondrial ferritin,MtFt）是一种定位在线粒上、和铁代谢密切相关的蛋白,具有组织受限性表达的特点,它在结构和功能上与胞质铁蛋白相比有一定的相似性,但是由于其mRNA上没有铁调控元件,它的表达不直接受铁调节蛋白调控,所以其确切功能及表达机制还未完全明了,因此,近年来有不少人开展了这方面的研究。对线粒体铁蛋白的深入研究将极大地丰富人们对铁在亚细胞水平上的代谢机制和功能的认识。文章介绍了细胞质铁蛋白的调控机制以及线粒体铁蛋白的结构、功能、表达及与铁代谢的关系。     

染色质重塑因子ARID1A的肿瘤抑制作用

哺乳动物SWI/SNF复合物是一种ATP依赖的染色质重塑复合物, 在细胞增殖、分化、发育和肿瘤抑制过程中发挥着重要作用。ARID1A是一种SWI/SNF复合物亚基, 此外还是一种ARID家族成员, 具有非序列特异性DNA结合活性。ARID1A发挥着肿瘤抑制作用, 在多种肿瘤如卵巢癌、膀胱癌和胃癌等存在频繁基因突变。ARID1A可通过上调p21和下调E2F-反应基因表达而抑制细胞增殖。ARID1A与肿瘤抑制作用的发现对癌症发生的理解和癌症新治疗有重要裨益。文章介绍了ARID1A的基本特征、肿瘤发生的关联及生物学作用, 以期对ARID1A有一个全面理解。     

泛素连接酶FBW7的肿瘤抑制作用和机制

泛素-蛋白酶体系统是一个主要的蛋白质降解调节通路,在细胞分裂过程中发挥着重要作用,其成员在肿瘤中频繁存在着表达异常现象.FBW7又名AGO、hCDC4、FBXW7和SEL-10,是一种拥有7串联WD40重复结构域的F-box蛋白,可作为SCF型泛素连接酶（E3）复合物的底物识别亚基发挥作用.FBW7是一种肿瘤抑制蛋白,其基因在多种肿瘤包括直肠癌、胃癌、卵巢癌和白血病中存在着基因突变或缺失.FBW7可直接结合和靶向作用多种转录激活因子或原癌基因,如周期蛋白E、c-Myc、c-Jun、Notch、MCL1、KLF5 和mTOR等并对其进行泛素化修饰和随后的26S蛋白酶体降解.肿瘤抑制蛋白FBW7的研究对肿瘤发生机制的理解具有重要意义,同时也为肿瘤的诊断和治疗提供了新的靶点.本文综述了FBW7的特征、肿瘤抑制作用及机制.     

细胞铁死亡的形态学特征及相关疾病治疗

铁死亡是一种铁依赖的脂质过氧化产物积累引发的细胞死亡,与细胞凋亡、程序性坏死等同属受调控的细胞死亡方式,参与多种疾病的发生、发展,如脑卒中、神经退行性疾病、癌症等。通过调控铁死亡来干预疾病的发生发展,已成为目前研究的热点和焦点。大量研究表明,铁死亡与已知的其他细胞死亡类型在形态学方面存在着较大的差异。本文重点就铁死亡形态学特征与其他形式的细胞死亡进行比较,以期更加准确地认识铁死亡和其他形式的细胞死亡,为临床病理学鉴别、诊断提供重要依据。     

组蛋白H3K27去甲基化酶与肿瘤发生

组蛋白甲基化是一种重要的表观遗传学修饰,在基因表达调节方面发挥着重要的作用.组蛋白H3赖氨酸27三甲基化（H3K27me3）是一种抑制性组蛋白标记,可被去甲基化酶UTX和JMJD3催化而移去甲基.UTX和JMJD3通过激活HOX基因而参与细胞分化和多能细胞抑制过程.在多种肿瘤中检测到UTX和JMJD3突变或表达下降,同时多种基因启动子区H3K27me3含量增多.UTX和JMJD3均被看作肿瘤抑制基因,其中UTX调节了RB依赖的细胞命运控制,而JMJD3通过激活INK4b-ARF-INK4a位点而参与了癌基因诱导的衰老.组蛋白H3K27去甲基化酶与肿瘤发生的研究使我们对癌症发展过程有了更好的理解,同时也为癌症诊断和治疗提供了新靶点.     

cGAMP：一种新的哺乳动物第二信使

在细菌中已发现多种环二核苷酸如c-di-GMP、c-di-AMP和cGAMP等可作第二信使,但在哺乳动物中一直未鉴定成功。最新研究发现cGAMP在哺乳动物天然免疫信号通路中也发挥着第二信使作用。在DNA结合条件下cGAMP可由cGAMP合成酶（cGAS）催化生成,随后结合干扰素基因激活蛋白（STING）而诱导Ⅰ型干扰素依赖的天然免疫。这些研究为天然免疫信号通路提供了新的视野,有益于免疫治疗药物的开发。