胸苷酸合成酶表达调控的分子机制

胸苷酸合成酶(thymidylate synthase,TS)是生物体内催化胸苷酸合成所必需的酶．多年来一直作为肿瘤化疗的重要靶酶。对TS基因调控机制的研究表明：基因扩增、转录、翻译和翻译后过程都参与了TS表达的调控。先前的研究表明：TS可与自身的mRNA结合形成TS-mRNA复合物,使mRNA翻译受阻,5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil,5-FU)等抗代谢药物可与TS蛋白结合,结合后的复合物不能与TS mRNA作用,导致体内TS的表达升高,是肿瘤细胞产生抗药性的重要分子机制之一。现对TS基因表达调控研究进展、翻译调控与抗药性产生的分子机制进行综述。     

斑马鱼胸苷酸合成酶与自身mRNA的相互作用

斑马鱼(zebrafish,Danio rerio)是生物学领域中公认的研究脊椎类生物的模式生物.胸苷酸合成酶(thymidylate synthase,TS)是DNA从头合成的限速酶,多年来一直作为肿瘤化疗的重要靶酶.前期的研究表明,人和大肠杆菌中TS能与自身的mRNA结合,在翻译水平上具有反馈抑制自调控现象.斑马鱼作为药物模型的研究已成为热点研究领域,为了探讨斑马鱼的胸苷酸合成酶的调控规律,以及与人TS的相关性,利用原核表达,纯化获得高均一性斑马鱼TS蛋白,采用凝胶迁移研究了TS和其mRNA的体外结合,采用免疫共沉淀:RT-PCR技术研究了它们在体内的相互作用,实验结果表明,斑马鱼的TS在体内外均与自身的mRNA存在特异性的相互作用.研究说明,斑马鱼和人的TS具有高度生物学过程相关性,为构建斑马鱼抗肿瘤药理模型提供了理论基础.     

应用变性高效液相色谱技术建立胸苷酸合成酶基因多态检测平台

TS基因5′非翻译区(5′ untranslation region, 5′UTR)增强子区域(TS enhancer region, TSER)存在28 bp的2次(2R)、3次(3R)的串联重复多态, 在3R等位基因第二次重复中还存在一个G→C的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms, SNPs), 同时在3′非翻译区(3′ untranslation region, 3′ UTR)存在6个碱基片段缺失/插入多态。这些多态形式的存在影响了TS基因mRNA的稳定和翻译效率, 并可导致不同TS基因型肿瘤患者对以5-fuorouracil (5-FU)为基础的化疗疗效产生差异。为提高TS基因型临床检测的效率和准确性, 方便、快捷、准确和自动化区分各种纯合及杂合基因型, 设计多重PCR反应, 同时扩增TS基因5′ 和3′ 非翻译区多态所处片段。利用DHPLC技术建立TS基因多态性检测平台, 在非变性条件下, 通过优化DHPLC 洗脱梯度, 同时检测5′ TSER区的串联重复多态和3′ UTR片段长度多态; 在变性条件下, 检测5′ TSER区单核苷酸多态。同时采用PCR-RFLP和DNA 测序方法, 验证DHPLC分析结果。     

胸苷酸合成酶的表达对原发大肠癌患者预后的影响

目的:研究表明大肠癌组织内胸苷酸合成酶(thymidylate systhase,TS)是独立于分期之外影响大肠癌预后的影响因子,TS高水平表达是预后的不良因素,并且与大肠癌患者应用氟脲嘧啶类或其衍生物类药物化疗疗效有关.本研究是探讨对于接受根治术后应用5-氟脲嘧啶或其衍生物化疗的原发性大肠癌患者,TS表达水平高低对患者预后的判断价值.方法:应用免疫组化法检测了89例大肠癌患者的石腊组织标本的TS表达水平.患者为Dukes'A期、B期、C期原发性大肠癌,均接受大肠癌根治术,术后接受5.氟脲嘧啶或其衍生物的4～6周期的化疗.结果:癌组织中TS表达水平比正常组织中TS表达水平高(67.8%vs 5.1%,P＜0.01).TS低表达患者与TS高表达患者总生存期、无病生存期无差异(P=0.1785,P=0.0798),多因素分析显示分期是唯一与生存期有关因素.结论:癌组织TS表达水平高低不能预测接受大肠癌根治术且术后接受5-氟脲嘧啶或其衍生物化疗的原发性大肠癌患者的预后,但TS表达水平高的患者可能从辅助化疗中获益.     

运用 mRNA 体外展示技术筛选胸苷酸合成酶 RNA 亲和肽

以体外选择方法筛选不同功能的核酸、肽和蛋白质是近年的研究热点, mRNA 体外展示是一种新兴的高效多肽选择技术,其基本原理是通过含嘌呤霉素寡核苷酸的 Linker 使 mRNA 与它编码的肽或蛋白质共价结合,形成 mRNA- 蛋白质融合体,这一方法已用于多种功能肽的鉴定 . 以 mRNA 体外展示技术进行了由大容量多肽库中 (>1013) 筛选胸苷酸合成酶 (thymidylate synthase , TS) RNA 亲和肽的研究,通过精密的实验设计,建立了一套完整有效的筛选方法,并对实验条件进行了优化 . 已进行了 8 轮筛选,结果表明,以 mRNA 体外展示技术获得的多肽分子,可以与 TS mRNA 亲和 . 将测序结果与初始肽库进行比较,发现亲和肽中碱性氨基酸及芳香族氨基酸含量明显增加,说明其在与 RNA 结合中具有重要作用 . mRNA 展示技术作为一种大容量文库的体外筛选方法,将广泛应用于与固定化靶物质具高度亲和性及特异性的多肽和蛋白质的筛选 .     

胸苷酸合成酶mRNA亲和多肽的鉴定及其对翻译过程的抑制作用

胸苷酸合成酶(thymidylate synthase, TS)是催化生物体内胸苷酸合成所必需的酶, 多年来一直作为肿瘤化疗的靶点. 研究表明, TS是一种RNA结合蛋白, 可以与其自身mRNA的2个位点结合, 使mRNA翻译受阻. 本文以mRNA体外展示技术进行了由大容量多肽库(>10¹³)中筛选胸苷酸合成酶mRNA亲和多肽的研究, 对随机库进行了12轮循环的选择及扩增. 结果表明, 与初始库相比, 经选择循环之后, 碱性氨基酸及芳香族的苯丙氨酸含量明显增加, 它们在TS RNA与蛋白质的相互作用中扮演着重要角色. 按其理化特性对每一随机位点的氨基酸进行分类, 并与初始库比较, 发现位点1, 12, 17和18具有明显的带正电荷的特性, 表明碱性侧链参与了与RNA的结合. 二级结构预测表明, 随着筛选的进行, 与TS mRNA 亲和的多肽显示出明显的螺旋倾向, 而且形成螺旋的区域富含碱性氨基酸. 凝胶迁移及体外翻译实验证实, 选择循环之后的多肽能够与TS mRNA高度亲和, 并能抑制TS mRNA的翻译. 本研究表明mRNA体外展示方法得到的亲和多肽可以用作新的TS RNA的翻译抑制剂, 并有可能成为一类新型的抗肿瘤药物.     

中国淋巴囊肿病毒胸苷酸合酶基因结构特点及分析

胸苷酸合酶(Thymidylate synthase,TS)是进行DNA合成所必需的酶类,与细胞分化及肿瘤发生密切相关。淋巴囊肿病毒属于虹彩病毒科成员,是能引起百余种淡、海水鱼感染,并产生肿瘤的病毒病原。在已完成中国淋巴囊肿病毒株(Lymphocystis disease virus-China,LCDV-C)基因组序列测定的基础上,本文对位于LCDV-C基因组开放阅读框ORF011L的TS基因结构、及其推定蛋白结构进行了分析。该基因全长858bp,GC含量为28．2％,编码一个长为286aa、分子量为32．7kD、等电点为7．1的推定蛋白,称之为中国淋巴囊肿病毒胸苷酸合酶(LCDV-CTS)。该酶所具有的叶酸结合区在第44和70位氨基酸之间,dUMP结合区在第163和206位氨基酸之间,24个必需氨基酸具有高度保守性。二级结构预测结果显示LCDV-C TS含8个a螺旋,6个β折叠和23个环,表明其具备酶活性分子所有的柔性和可变性结构特征。这是迄今所知在脊椎动物虹彩病毒中唯一含两个完整结合区的TS。对来自包括LCDV在内二十个物种的TS结构进行同源性分析,显示LCDV-C TS被单独分为一枝。进一步对LCDV-C TS可能的起源途径及与宿主的作用等进行了探讨。     

中国淋巴囊肿病毒胸苷酸合酶基因结构特点及分析

胸苷酸合酶(Thymidylate synthase,TS)是进行DNA合成所必需的酶类,与细胞分化及肿瘤发生密切相关.淋巴囊肿病毒属于虹彩病毒科成员,是能引起百余种淡、海水鱼感染,并产生肿瘤的病毒病原.在己完成中国淋巴囊肿病毒株(Lymphocystis disease virus-China,LCDV-C)基因组序列测定的基础上,本文对位于LCDV-C基因组开放阅读框ORF 011L的TS基因结构、及其推定蛋白结构进行了分析.该基因全长858bp,GC含量为28.2%,编码一个长为286aa、分子量为32.7kD、等电点为7.1的推定蛋白,称之为中国淋巴囊肿病毒胸苷酸合酶(LCDV-CTS).该酶所具有的叶酸结合区在第44和70位氨基酸之间,dUMP结合区在第163和206位氨基酸之间,24个必需氨基酸具有高度保守性.二级结构预测结果显示LCDV-C TS含8个α螺旋,6个β折叠和23个环,表明其具备酶活性分子所有的柔性和可变性结构特征.这是迄今所知在脊椎动物虹彩病毒中唯一含两个完整结合区的TS.对来自包括LCDV在内二十个物种的TS结构进行同源性分析,显示LCDV-CTS被单独分为一枝.进一步对LCDV-C TS可能的起源途径及与宿主的作用等进行了探讨.     

基因编辑技术在斑马鱼中的应用及研究进展

基因编辑技术通过对特定DNA片段的插入、敲除、修饰或替换等,实现对生物体中目标基因的编辑。与早期基因工程技术将遗传物质随机插入宿主基因组中的方式不同的是,基因编辑技术能够定点需要插入的位置,从而实现对生物体基因组特定位点的准确修饰、人为地改造生物体的遗传信息,目前广泛应用于斑马鱼的基因组学、遗传发育和基因功能研究中。其方法包括诱变技术、Tol2转座子、Morpholino、ZFNs、TALEN和CRISPR/Cas系统等。本研究主要介绍了基因编辑技术的作用机理与发展概况。作为一种精准而高效的基因工程方法,基因编辑技术在近年来得到了飞速地发展。它既可以采用对特定基因的靶向突变来研究基因的功能,也可以通过将功能性基因插入并替代缺陷基因而用于某些遗传性疾病的基因治疗。可以肯定的是,基因编辑技术未来将在基础生物学、医学、生物技术等多个领域具有重要的研究价值和应用价值。     

CRISPR/Cas基因编辑技术研究进展及其在斑马鱼中的应用

规律成簇间隔的短回文序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)是细菌和古菌中的获得性免疫系统,利用该系统能定点进行基因编辑。最近,科学家发现了新的CRISPR-associated (Cas)蛋白,其中由Cas12a介导的基因编辑能显著降低脱靶率。文中对CRISPR/Cas系统的发现历史、组成和分类、工作原理进行概述,并总结了该系统的最新研究进展及在斑马鱼Danio rerio中的应用。     

百合查尔酮合成酶基因的克隆与分析

以西伯利亚百合为试材,通过半巢式PCR和RT-PCR技术分别克隆了查尔酮合成酶基因(CHS)的DNA和cDNA.生物信息学分析显示,CHS的DNA序列全长1 397 bp(登录号HM622754),包含2个外显子和1个内含子;cDNA序列编码区全长1 182 bp(登录号HQ161731),编码393个氨基酸,具有3个典型的CHS蛋白结构域:N-末端结构域(Lys3-Pro229)、C-末端结构域(Gln239-Pro389)和聚合酶Ⅲ结构域(Met1-Thr391);不同百合品种的CHS基因编码的氨基酸序列相似性高达98%,表明百合CHS基因在进化上呈现出十分保守的趋势;不同植物CHS基因序列的系统进化邻接树结果表明:百合与单子叶植物鸢尾及禾本科的水稻、大麦、玉米等亲缘关系更为接近.     

Polymorphism of the Thymidylate Synthase Gene and Thymidylate Synthase Levels in Colon Cancer Cell Lines and Different Tissues of Colorectal Cancer Patients

In a panel of 18 colon cancer cell lines we found that the thymidylate synthase (TS) genotype was related to TS enzyme activity, but not to TS protein and mRNA levels. In addition, no relation with drug sensitivity was observed. TS genotyping of different tissues from 78 colorectal cancer patients revealed a high level of homology in polymorphic status between normal and malignant tissues and the heterozygous genotype to be the most frequent.     

染色质免疫沉淀技术——一种研究基因表达调控的工具

染色质结构在基因表达调节中起着重要的调节作用。利用甲醛固定活细胞中的DNA与蛋白质,通过免疫沉淀分离复合物的染色质免疫沉淀法是研究体内DNA和蛋白质相互作用的一种新方法,它不仅可用来研究体内反式因子与DNA的相互作用,也可以用来研究组蛋白修饰与基因表达的关系,从而分析蛋白质及其体内的DNA结合序列。目前,该方法在染色质结构研究中获得了广泛的应用。     

Polymorphism of the Thymidylate Synthase Gene of Pneumocystis carinii from Different Host Species

Pneumocystis carinii is an opportunistic agent found in the lung of various mammals which often causes severe pneumonia in immunocompromised humans, especially in AIDS patients. In the past several years significant additions have been made to the collection of knowledge we have concerning the genetic diversity of P. carinii. These additions provide new understanding of Pneumocystis transmission and the effect of possible reservoirs of Pneumocystis in the various species. In this study, a 400-bp fragment of the thymidylate synthase (TS) gene of P. carinii has been amplified by PCR from 43 parasite isolates obtained from 4 mammalian host species: rat, mouse, rabbit and human. A probe selected from the TS gene sequence of rat-derived P. carinii was hybridized with the amplified products from rat- and mouse-derived P. carinii, but not with rabbit or human P. carinii DNA. Restriction profiles were performed on amplified fragments from all isolates, and the 4 nucleotide sequences of the TS gene fragment amplifed from rat, mouse, rabbit and human P. carinii were determined. Differences were detected in the gene fragment in P. carinii isolates from the 4 host species; however no difference was revealed in P. carinii isolates within a single host species, whatever the host strain or its geographic origin. Thus, the sequence differences of the P. carinii TS gene appeared as host-species specific. A specific probe which recognized all human P. carinii isolates was defined.     

诱导型一氧化氮合酶(iNOS)基因表达的调控

一氧化氮（ＮＯ）自由基有多方面的生物学功能。随着研究的深入,发现ＮＯ能与超氧阴离子（Ｏ－２·）反应生成激发态亚硝酸（ＯＮＯＯＨ＊）,它与靶分子能产生羟自由基（·ＯＨ）和二氧化氮（ＮＯ２）样反应,在体内原先认为的一些ＮＯ效应,现在知道主要是由于ＯＮＯＯ...     

刺五加鲨烯合酶基因cDNA的克隆与序列分析

采用改良的异硫氰酸胍法提取刺五加总RNA,逆转录为cDNA,根据已报道的人参鲨烯合酶基因(squalene synthase gene,SS) cDNA序列设计引物,利用RT-PCR法克隆刺五加SS基因的cDNA序列.克隆得到长度为1258 bp的刺五加SS基因cDNA序列,开放阅读框全长1248 bp,编码415个氨基酸残基,GenBank登录号为HQ456918,与人参的SS1、SS2和SS3氨基酸序列一致性分别为91.73％、97.59％和96.63％.首次分离并报道了刺五加SS基因cDNA序列,为刺五加苷生物合成中关键酶的表达分析及调控机理研究提供参考.     

Dynamic Modulation of Thymidylate Synthase Gene Expression and Fluorouracil Sensitivity in Human Colorectal Cancer Cells

Biomarkers have revolutionized cancer chemotherapy. However, many biomarker candidates are still in debate. In addition to clinical studies, a priori experimental approaches are needed. Thymidylate synthase (TS) expression is a long-standing candidate as a biomarker for 5-fluorouracil (5-FU) treatment of cancer patients. Using the Tet-OFF system and a human colorectal cancer cell line, DLD-1, we first constructed an in vitro system in which TS expression is dynamically controllable. Quantitative assays have elucidated that TS expression in the transformant was widely modulated, and that the dynamic range covered 15-fold of the basal level. 5-FU sensitivity of the transformant cells significantly increased in response to downregulated TS expression, although being not examined in the full dynamic range because of the doxycycline toxicity. Intriguingly, our in vitro data suggest that there is a linear relationship between TS expression and the 5-FU sensitivity in cells. Data obtained in a mouse model using transformant xenografts were highly parallel to those obtained in vitro. Thus, our in vitro and in vivo observations suggest that TS expression is a determinant of 5-FU sensitivity in cells, at least in this specific genetic background, and, therefore, support the possibility of TS expression as a biomarker for 5-FU-based cancer chemotherapy.