嗜热脱铁去硫弧菌Pif1解旋酶生物学活性的分子特征分析

已知Pif1解旋酶在维持基因组稳定性方面发挥重要作用,且不同生物Pif1解旋酶具有不同的生物学活性;然而迄今为止,嗜热细菌Pif1解旋酶的生物学活性分子特征的研究尚未见报道。本文运用生物化学与生物物理学前沿技术,系统地研究了嗜热脱铁去硫弧菌Pif1解旋酶（Defe.Pif1）结合活性与解旋活性的分子特征。通过原核表达纯化系统,本研究获得纯度95%以上、无标签的Defe.Pif1蛋白。利用荧光偏振技术研究Defe.Pif1结合反应的底物特异性,揭示出Defe.Pif1优先结合ssDNA与G4 DNA,并对含3′-尾链的部分双链底物有较强亲和力,其结合反应底物特异性为：ssDNA > G4 DNA > 3′-ssDNA-dsDNA≈Y-structure > Other substrates。通过快速停留检测技术研究Defe.Pif1的解旋活性,明确其最适解旋温度为50℃,最佳反应溶液为10 mmol/L NaCl、3 mmol/L DTT、3 mmol/L MgCl2及1 mmol/L ATP;进一步的解旋动力学特征分析结果显示,Defe.Pif1可以高效解旋含G4结构的DNA底物,其解旋5′-G4 dsDNA底物时的解旋幅度超过90%,解旋速率也与其解旋5′-ss-dsDNA底物的速率相近,提示Defe.Pif1解旋G4 DNA更接近Bs.Pif1的单体反应模式。此外,本研究还发现Defe.Pif1解旋不同类型复制叉/复制泡底物时拥有独特的解旋倾向性：与解旋其它复制中间体DNA的低效性不同,Defe.Pif1解旋12nt bubble底物的速率与幅度均较高,暗示12nt bubble结构很可能是该解旋酶复制中间体的天然底物。上述结果证明,Defe.Pif1不仅具有Pif1解旋酶家族成员共同的结合与解旋G4 DNA等活性特征;而且作为嗜热细菌的解旋酶,它还具有独特的反应条件与解旋底物特异性。本研究为研究Pif1解旋酶家族其它成员的分子特征与生物功能提供了潜在的研究策略,为阐明此类Pif1解旋酶的分子作用机制奠定实验基础。     

UvrD解旋酶通过牵动RNA聚合酶反向运动促进DNA修复

<正>以往的研究表明,UvrD解旋酶与核苷酸的切除修复功能相关,但其机制并不明确。美国纽约大学的Epshtein等人在近期的研究中揭示了大肠杆菌UvrD解旋酶在核苷酸切除与修复中所扮演的具体角色。大肠杆菌UvrD解旋酶与RNA聚合酶在转录延长过程相结合,利用其解旋/延长活性,强制使RNA聚合酶沿DNA链反向滑动。通过诱导RNA聚合酶的反向运动,UvrD使DNA原先被遮盖住的损伤区域暴露,从而使核苷酸切除修复的相关酶能够     

大肠杆菌RecQ解旋酶的表达纯化和生物学活性研究

RecQ家族解旋酶是DNA解旋酶中高度保守的一个重要家族,在维持染色体的稳定性中起着重要的作用.人类RecQ家族解旋酶突变会导致几种与癌症有关的疾病.本研究旨在诱导大肠杆菌RecQ解旋酶体外表达,并应用生物化学和生物物理学技术研究大肠杆菌RecQ解旋酶的生物学活性. 体外诱导表达获得纯度达90% 以上并具有高活性的大肠杆菌重组RecQ解旋酶,其可溶性好;经生物学活性分析显示具有DNA结合活性、ATP依赖的DNA解链活性、DNA依赖的ATP酶活性. 较之双链DNA（dsDNA）,大肠杆菌RecQ解旋酶更容易与单链DNA(ssDNA)结合( P<0.01 ),但与长度不同的dsDNA的结合特性有差异(P<0.01)而与ssDNA没有差异(P>0.05);大肠杆菌RecQ解旋酶对3种dsDNA的解链速率不同(P<0.05);大肠杆菌RecQ解旋酶的ATP酶活性与辅助因子ssDNA长度也呈正相关(P<0.01). 这些研究结果将有助于阐明大肠杆菌RecQ解旋酶的分子作用机制,并为研究RecQ解旋酶家族其它成员的结构与功能提供帮助.     

大肠杆菌RecQ解旋酶的生物学活性分析

RecQ家族解旋酶是DNA解旋酶中高度保守的一个重要家族,在维持染色体的稳定性中起着重要的作用.人类RecQ家族解旋酶突变会导致几种与癌症有关的疾病.本研究旨在诱导大肠杆菌RecQ解旋酶体外表达,并应用生物化学和生物物理学技术研究大肠杆菌RecQ解旋酶的生物学活性.体外诱导表达获得纯度达90%以上并具有高活性的大肠杆菌重组RecQ解旋酶,其可溶性好;经生物学活性分析显示具有DNA结合活性、ATP依赖的DNA解链活性、DNA依赖的ATP酶活性.较之双链DNA(dsDNA),大肠杆菌RecQ解旋酶更容易与单链DNA(ssDNA)结合(P0.01),但与长度不同的dsDNA的结合特性有差异(P0.01)而与ssDNA没有差异(P0.05);大肠杆菌RecQ解旋酶对3种dsDNA的解链速率不同(P0.05);大肠杆菌RecQ解旋酶的ATP酶活性与辅助因子ssDNA长度也呈正相关(P0.01).这些研究结果将有助于阐明大肠杆菌RecQ解旋酶的分子作用机制,并为研究RecQ解旋酶家族其它成员的结构与功能提供帮助。     

洛美沙星对Bloom综合征解旋酶生物学特性影响的机理研究

Bloom综合征解旋酶(BLM)是RecQ家族DNA解旋酶中的一个重要成员,参与了DNA复制、修复、转录、重组以及端粒的维持等细胞代谢过程,在维持染色体的稳定性中具有重要作用.BLM解旋酶的突变可导致Bloom综合征.Bloom综合征是一种罕见隐性常染色体遗传疾病,患者遗传不稳定,并易患多种类型癌症.洛美沙星(LMX)可以抑制细胞内多种酶,并通过结合DNA干扰DNA代谢,从而治疗多种疾病,但是其具体的作用机理还未完全清楚.运用荧光偏振技术和自由磷检测技术,研究了LMX对BLM642～1290解旋酶DNA结合活性、解链活性和ATP酶活性的影响.运用荧光及紫外吸收光谱法研究了LMX与解旋酶结合的结合常数、结合位点数、作用力类型、结合距离等参数.结果表明,LMX与解旋酶之间能自发进行反应,两种分子有一个结合位点,通过静电引力和疏水作用力形成稳定的BLM-LMX复合物,且解旋酶的内源荧光被LMX静态猝灭,主要原因是非辐射能量转移.在这一过程中,LMX能抑制解旋酶的解链活性和ATP酶活性,而促进解旋酶的DNA结合活性.LMX对BLM解旋酶生物学活性影响的机理可能是LMX使解旋酶通过别构机制影响其ATP酶活性,并使酶的构象维持在较低解链活性的状态,通过抑制ATP催化水解与解链过程的偶联和阻止解旋酶的易位,从而抑制其解链.LMX能够促进解旋酶的DNA结合活性,可能是因为其C-6和C-7上的取代功能基团可以增加酶活力,以及增强药物、酶和DNA的结合,从而形成药物-酶-DNA复合物.这些结果为研究以DNA解旋酶为药物靶标的分子机理和理解喹诺酮类药物的作用机理奠定相关理论基础.     

甲磺酸培氟沙星抑制大肠杆菌RecQ解旋酶的体外DNA结合、解链和ATPase活性

RecQ家族解旋酶是DNA解旋酶中高度保守的一个重要家族,参与DNA复制、修复、重组、转录及维持端粒稳定等细胞代谢过程,在维持染色体稳定性与完整性中起着重要作用．甲磺酸培氟沙星(pefloxacin mesylate,PFM)是一种新型氟喹诺酮类抗菌药物,对一些革兰氏阴性菌具有明显的杀菌效果,临床上已广泛使用．本研究利用荧光偏振、自由磷检测技术研究PFM对大肠杆菌RecQ解旋酶的DNA结合活性、解链活性、ATPase活性的影响．结果表明,低浓度PFM可促进大肠杆菌RecQ解旋酶与ssDNA、dsDNA结合,达到一定量后PFM则抑制酶与DNA底物的结合,这种影响与DNA底物有关;PFM对RecQ解旋酶的DNA解链活性和ATP酶活性都具有抑制作用,但其抑制的效果有极显著差异(P<0.01)：比较PFM对两种活性抑制的Ci值(对解链活性抑制的Ci值为(1.5±0.2) μmol/L,对ATP酶活性抑制的Ci值为(0.010±0.005) μmol/L)可知,PFM对大肠杆菌RecQ解旋酶ATPase活性的抑制强于其解链活性. 这些结果可为研究以DNA解旋酶为药物靶标的分子机理奠定相关理论基础．     

荧光偏振技术研究Bloom解旋酶催化核心与双链DNA的相互作用

Bloom 综合症(BLM)解旋酶是RecQ家族DNA解旋酶中的一个重要成员,参与了DNA复制、修复、转录、重组以及端粒的维持等细胞代谢过程,在维持染色体的稳定性中具有重要的作用．BLM解旋酶的突变可导致Bloom综合症,患者遗传不稳定易患多种类型癌症．本研究运用荧光偏振技术研究BLM解旋酶催化核心(BLM642-1290)与双链DNA(dsDNA)的相互作用,分析其相关特征参数,了解BLM642-1290解旋酶与dsDNA的结合和解链特性．结果表明,BLM642-1290解旋酶与dsDNA的结合和解链和dsDNA3’末端的单链DNA(ssDNA)长度有关;解旋酶优先结合于dsDNA底物的ssDNA末端,且每分子解旋酶可结合9.6 nt的ssDNA;dsDNA3’末端ssDNA的长度为9.6 nt时,解旋酶的解链效率达到最大且不再随其长度而变化．另外,BLM642-1290解旋酶也能够结合和解链钝末端dsDNA,但其结合亲和力和解链效率低于有3’末端ssDNA的dsDNA．推测BLM642-1290解旋酶在与dsDNA底物结合和解链时是单体形式,可能以尺蠖的形式解开dsDNA．这些结果可为进一步研究BLM解旋酶的功能特征提供理论基础．     

DEAD-box解旋酶在植物非生物胁迫响应中的功能研究进展

解旋酶广泛存在于从病毒到人类几乎所有已知的原核和真核生物体中,它们能利用NTP水解获得能量促进双链DNA/RNA解链。DEAD-box解旋酶是最大的解旋酶家族,在DNA复制、修复、重组、转录、核糖体发生和翻译起始等几乎所有涉及DNA/RNA代谢的细胞过程中均发挥重要作用。近年研究表明,DEAD-box解旋酶除具有持家基因功能外,还广泛参与植物生长发育及胁迫响应过程。目前,由解旋酶介导的胁迫应答具体机制依然不清晰。现重点介绍近年来高等植物DEAD-box解旋酶在非生物胁迫响应中的功能研究进展,同时探讨解旋酶参与胁迫应答的可能机制。     

荧光偏振技术研究Bloom解旋酶催化核心与双链DNA的相互作用

Bloom 综合症(BLM)解旋酶是RecQ家族DNA解旋酶中的一个重要成员,参与了DNA复制、修复、转录、重组以及端粒的维持等细胞代谢过程,在维持染色体的稳定性中具有重要的作用．BLM解旋酶的突变可导致Bloom综合症,患者遗传不稳定易患多种类型癌症．本研究运用荧光偏振技术研究BLM解旋酶催化核心(BLM^642～1290)与双链DNA(dsDNA)的相互作用,分析其相关特征参数,了解BLM^642～1290解旋酶与dsDNA的结合和解链特性．结果表明：BLM^642～1290解旋酶与dsDNA的结合和解链与dsDNA 3′端的单链DNA(ssDNA)长度有关;解旋酶优先结合于dsDNA底物的ssDNA末端,且每分子解旋酶可结合9.6 nt的ssDNA;dsDNA 3′端ssDNA的长度为9.6 nt时,解旋酶的解链效率达到最大且不再随其长度而变化．另外,BLM^642～1290解旋酶也能够结合和解链钝末端dsDNA,但其结合亲和力和解链效率低于有3′端ssDNA的dsDNA．推测BLM^642～1290解旋酶在与dsDNA底物结合和解链时是单体形式,可能以尺蠖的形式解开dsDNA．这些结果可为进一步研究BLM解旋酶的功能特征提供理论基础．     

DNA损伤修复机制——解读2015年诺贝尔化学奖

Tomas Lindahl, Paul Modrich和Aziz Sancar三位科学家因发现“DNA损伤修复机制”获得了2015年诺贝尔化学奖．Lindahl首次发现Escherichia Coli中参与碱基切除修复的第一个蛋白质--尿嘧啶 DNA糖基化酶（UNG）; Modrich重建了错配修复的体外系统,从大肠杆菌到哺乳动物深入探究了错配修复的机制; Sancar利用纯化的UvrA、UvrB、UvrC重建了核苷酸切除修复的关键步骤,阐述了核苷酸切除修复的分子机制．DNA损伤是由生物所处体外环境和体内因素共同导致的,面对不同种类的损伤,机体启动多种不同的修复机制修复损伤,保护基因组稳定性．这些修复机制包括：光修复(light repairing);核苷酸切除修复（nucleotide excision repair, NER）;碱基切除修复（base excision repair, BER）;错配修复（mismatch repair, MMR）;以及DNA双链断裂修复（DNA double strand breaks repair, DSBR）．其中DNA双链断裂修复又分同源重组（homologous recombination, HR）和非同源末端连接（non homologous end joining, NHEJ）两种方式．本文将对上述几种修复的机制进行总结与讨论．     

SSB蛋白与ssDNA相互作用的动力学和可视化研究

研究大肠杆菌单链结合蛋白(single-stranded DNA-binding protein,SSB)与单链DNA(single-stranded DNA,ssDNA)的相互作用对于了解其在DNA复制、重组和修复中的作用是非常重要的。通过表面等离子共振技术(surface plasmon resonance,SPR)得到了在有、无镁离子的情况下,SSB与ssDNA两者的平衡解离常数(equilibrium dissociation constant,KD)分别为9.67×10-7M和4.79×10-7M,阐明了镁离子对于两者作用形式的影响。利用原子力显微镜技术分别观察SSB蛋白、ssDNA和SSB-ssDNA复合物的成像,为下一步研究SSB在DNA代谢中作用模式的单分子可视化奠定了基础。     

姜黄素与DNA相互作用的电化学研究

目的:利用电化学方法研究姜黄素与小牛胸腺双链DNA的相互作用,考察离子强度对姜黄素与DNA相互作用方式的影响.探讨姜黄素与DNA相互作用的机理.方法:在5 mmol·L-1 Tris-HCl(pH 7.0)溶液中,在不同离子强度下,考察姜黄素在ds-DNA修饰玻碳电极上的姜黄素氧化峰电流及式电位的变化情况.结果:在低离子强度下,姜黄素主要通过静电作用与DNA结合.高离子强度下,姜黄素主要通过嵌入作用与DNA结合.结论:电化学方法是研究姜黄素与电极表面固定化小牛胸腺双链DNA的相互作用的一种简单的方法.     

极端嗜热古菌——芝田硫化叶菌DNA解旋酶的分离纯化和性质研究

采用Qsepharose离子交换层析、磷酸纤维素P1 1吸附层析、肝素琼脂糖吸附层析、Su perdex 2 0 0凝胶过滤和PhenylSuperose疏水层析等步骤 ,从嗜酸热芝田硫化叶菌细胞裂解液中分离纯化了一个DNA解旋酶。该解旋酶具有受DNA激活的ATP酶活性。根据SDS PAGE测定结果 ,该酶的分子质量约为 63kD。芝田硫化叶菌DNA解旋酶可以解开底物上 70bp的双链区 ,其解旋活性依赖于双链区旁的单链分叉。该解旋酶的活性依赖于Mg2 + 和ATP的水解 ,在NaCl浓度超过 2 0 0mmol L时受到抑制。该酶的最适pH为 6 7。该酶在 40℃～ 80℃之间均有活性 ,70℃时活性最高。芝田硫化叶菌DNA解旋酶是从古菌中分离得到的第一个天然DNA解旋酶。     

一种新型的CRISPR/Cas9-hLacI双链DNA供体适配基因编辑系统

在CRISPR/Cas9系统介导的基因编辑中,借助于双链DNA （double-stranded DNA,dsDNA）供体模板的重组效应能够实现对目标基因组靶位点的精确编辑和基因敲入,然而高等真核生物细胞中同源重组的低效性限制了该基因编辑策略的发展和应用。为提高CRISPR/Cas9系统介导dsDNA供体模板的同源重组效率,本研究利用大肠杆菌（Escherichia coli）乳糖操纵子阻遏蛋白LacI与操纵序列LacO特异性结合的特点,通过重组DNA技术将密码子人源化优化的阻遏蛋白基因LacI分别与脓链球菌（Streptococcus pyogenes）源的SpCas9和路邓葡萄球菌（Staphylococcus lugdunensis）源的SlugCas9-HF融合表达,通过PCR将操纵序列LacO与dsDNA供体嵌合,构建了新型的CRISPR/Cas9-hLacI供体适配系统（donor adapting system,DAS）。首先在报告载体水平上对Cas9核酸酶活性、DAS介导的同源引导修复（homology-directed repair,HDR）效率进行了验证和优化,其次在基因组水平对其介导的基因精确编辑进行了检测,并最终利用CRISPR/SlugCas9-hLacI DAS在HEK293T细胞中实现了VEGFA位点的精确编辑,效率高达30.5%,显著高于野生型。综上所述,本研究开发了新型的CRISPR/Cas9-hLacI供体适配基因编辑系统,丰富了CRISPR/Cas9基因编辑技术种类,为以后的基因编辑及分子设计育种研究提供了新的工具。     

不同离子辐照对离体质粒DNA损伤与转化活性的影响

利用 30Kev的N+ 、Ar+ 离子辐照离体质粒DNA ,分析了不同离子对DNA单双链断裂及转化活性的影响。结果表明 :N+ 、Ar+ 离子辐照均可引起质粒DNA单双链断裂和转化活性的变化 ,且随着辐照剂量的增加 ,单双链断裂频率增加 ,转化活性下降。Ar+对离体质粒DNA比N+ 具有更强的单双链断裂效应 ,且从 9× 10 15Ar+ cm2 剂量开始 ,质粒可完全丧失转化活性。质粒转化活性的大小与DNA单双链断裂频率呈正相关     

化学发光Southern blot法检测HBV体外复制及其应用于药物对HBV的抑制分析

目的：建立化学发光Southern blot检测细胞内HBV DNA的方法,同时检测3种不同靶点抗乙肝药物的体外作用。方法：用地高辛标记HBV探针,优化杂交条件,检测来自HepG2及HepG2.2.15 HBV DNA复制中间体;利用建立的化学发光Southern blot检测HBV DNA的方法检测经拉米夫定、Bay41-4109、α-Galcer以不同药物浓度处理的HepG2.2.15HBV DNA复制中间体的水平。结果：（1）标记的HBV探针的检测灵敏度为0.1pg,杂交系统的检测灵敏度为1pg,可检测到HepG2.2.15细胞内的HBV DNA特异性信号;（2）以该法检测胞内HBV DNA可见3种药物都有明显的抑制作用,其半数有效量（IC50）分别为1.53μmol/L、0.41μmol/L、0.01μmol/L。结论：胞质HBV DNA的水平能准确地反映不同靶点抗HBV药物的抗病毒效果,建议在观察药物特别是中药抗病毒研究中采用。     

DNA复制研究步入单分子时代

DNA复制是生命体内必不可少的基本过程之一。传统研究显示DNA复制体中前导链和后随链的合成速度总体来说是一致的,从而避免在新生链中产生明显的单链缺口。主流的观点认为这是由于负责前导链和后随链的两个DNA聚合酶分子之间存在着某种协调同步机制。然而,Kowalczykowski实验室最近采用单分子荧光显微技术实时跟踪发现,大肠杆菌DNA复制体前导链和后随链上两个DNA聚合酶分子互相独立工作,并且都不是匀速行进而是呈现断断续续、时快时慢的随机动态变化。当DNA聚合酶暂停复制时,解旋酶仍会持续解链,导致解旋酶和聚合酶短暂的分离。有意思的是,此时DNA复制体触发一种类似“死人键”(dead-man’s switch)的保险机制,使DNA解旋的速度降低80%,从而恢复解旋酶和聚合酶的偶联。基于单分子水平的实时观察,他们认为前导链和后随链DNA复制进程均遵循一个符合高斯分布的随机模型。这与传统的生化研究观察到两者的合成速度总体来说是一致的并不矛盾。Kowalczykowski实验室的研究实现了从复制开始到结束整个过程对每个单分子行为的连续观测,而传统研究反映的则是经过较长时间对多分子群体平均水平的最终结果进行测定。因此,单分子技术可以极大地弥补传统生化研究的不足。随着未来单分子技术的进步和更广泛的应用,必将把包括DNA复制在内的生物学研究带到一个新的时代。     

野猪DHX36解旋酶酶学特性及保守性分析

DHX36解旋酶(DEAH-box helicase 36)在生物体内广泛存在,可作为外源核酸传感器广泛参与机体免疫反应,因其对G-四链体具有高度亲和性和解旋活性而备受关注。目前已报道了3个物种DHX36解旋酶的三维结构,但其酶学活性的保守性研究鲜见报道。本文以哺乳动物野猪(Sus scrofa)DHX36解旋酶(SsDHX36)为研究对象,通过生物化学与生物物理研究技术系统研究了其酶学性质,并对比其与低等无脊椎动物黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)DHX36解旋酶(DmDHX36)的活性,探究DHX36在物种间的功能保守性。本研究通过原核表达系统,分离纯化得到了纯度大于95%的SsDHX36解旋酶;利用荧光偏振和快速停留技术得到SsDHX36的最佳酶学反应条件,发现SsDHX36对G4 DNA具有平行构型的亲和选择性,对富含鸟嘌呤的ssDNA具有结合和解旋的底物偏好性;结合单分子荧光共振能量转移技术对SsDHX36和DmDHX36进行活性比较,发现两者与G4 DNA结合的构型选择性和对富含鸟嘌呤DNA的底物偏好性是保守的。但两者对不同序列长度ssDNA的亲和性...     

退火解旋酶SMARCAL1在维持基因组稳定中的作用与机制

SMARCAL1是属于SWI/SNF (SWItch/Sucrose Non-Fermentable)相关、基质相关和激动蛋白依赖的染色质调节因子家族成员ATP驱动的DNA退火解旋酶。SMARCAL1在体外和体内能催化单链结合蛋白RPA结合的DNA单链与其互补链退火成双链DNA。人Smarcal1基因的突变与Schimke免疫骨性发育不良(Schimke immuno-osseous dysplasia, SIOD)所能表现出的临床症状呈高度相关。本文对SMARCAL1在DNA损伤部位DNA复制叉的重塑、在DNA双链断裂(double-stranded DNA, dsDNA)处参与经典的非同源末端连接(non-homologous end joining, NHEJ)修复,以及在人染色体端粒完整性维护等方面的作用与机制进行了梳理,对Smarcal1基因突变类型与SIOD症状之间的对应关系进行了更新,并对SMARCAL1在三核苷酸重复序列扩增关联的神经–肌肉退行性病变过程中的可能作用进行了分析和讨论,旨在更好地理解该退火解旋酶在维持基因组稳定中的作用和机制。     

双链DNA 膜效应在序列点突变电化学检测中的应用

报道一种基于金表面的双链DNA膜效应检测DNA点突变的新方法。致密的双链DNA分子层可以将电化学信号分子禁闭在金表面和双链DNA之间,或者将信号分子与金表面隔离开,使其无法接触裸金面．在实验系统中采用Fe(CN）6^3-为信号分子,在升高温度时,双链DNA膜被破坏,信号分子离开或接触金表面,解链曲线会出现一个陡峭的电化学信号变化。在特定的温度下,完全互补的序列和单碱基点突变的序列的信号比达到了100：1。这种方法简单而且灵敏,同时避免了复杂的共价修饰信号分子的过程。