粗糙脉孢菌及其他真菌中生物钟系统研究进展

地球自转形成的昼夜交替促使地球上的生物在体内进化出了能够测量时间的"生物钟"系统,此系统由输入途径、核心振荡器和输出途径3部分组成。"光逃避"假说为生物钟的进化提供了一种合理的解释。作为研究生物钟的理想模式生物之一,粗糙脉孢菌生物钟的核心振荡器是由正调控因子WC-1、WC-2和负调控因子FRQ、FRH组成的一个基于转录/翻译的负反馈调控环路。输入途径感知光照、温度等环境信号并将其传递到核心振荡器,进而调控下游一系列钟控基因表达,输出昼夜节律。此外,粗糙脉孢菌中还存在不依赖于WC复合体的frq基因的转录,其调控方式的解析进一步丰富了生物钟的调控网络。最后,通过比较并探索其他真菌中生物钟系统组成及运行机制,使我们对真菌生物钟的进化历程及生物体对环境的整体适应性有了更加全面而深刻的认识。     

生物钟的转录后与翻译后水平调控进展

哺乳动物中的昼夜节律系统由位于下丘脑SCN核内的生物钟主钟和位于多数外周细胞中的子钟组成。在分子水平上,生物钟的节律振荡由生物钟基因及其编码蛋白的转录和翻译形成的自主的反馈环路组成,并接受外界因素的影响与环境周期保持同步。为此,就生物钟的调控机制而言,除了转录水平的基因表达调控外,生物钟转录产物和蛋白质的修饰也可以显著影响生物钟基因的表达时相。讨论了一些转录后与翻译后的修饰作用及其对生物钟的影响,并对其今后的研究方向作了展望。     

生物钟基因介导卵巢功能调控的分子机制研究

地球的自转产生了以24 h为周期的昼夜节律,因此生物的生理过程和行为活动大都呈现一个近似24 h的周期节律改变,以适应环境的不断变化。昼夜节律在整体水平是一个系统性的调控,它的产生、维持和调控依赖于细胞内生物钟基因的震荡型转录翻译负反馈环路。研究表明,生物钟在卵巢动情周期和生殖系统发育过程中发挥重要作用。本篇综述主要阐述了自卵巢生物钟发现后的种种研究成果,包括卵巢生物钟对类固醇激素生成及排卵的影响,生物钟基因对生育能力的影响,以及生物钟调控与女性生殖系统疾病的相关性。     

果蝇昼夜节律的调控机制

40多年前的遗传筛选鉴定了第一个果蝇生物钟基因period,开启了果蝇生物钟调控机制的研究。随着更多生物钟基因被发现,一个由转录水平的调控及转录后水平的修饰组成的负反馈环路模型逐步形成,被认为是调控昼夜节律的核心分子机制。生物钟驱动果蝇脑内约150个神经元的活动,这些神经元在不同的环境条件下通过不同的方式互作,共同调控果蝇的行为节律。昼夜环境变化中最显著的是明暗变化。蓝光受体cryptochrome在光对昼夜节律的调控中起重要作用。     

RNA甲基化依赖的RNA加工调控昼夜节律生物钟的速度

<正>哺乳动物的昼夜节律生物钟主要通过调控代谢开关或限速酶的表达来调节新陈代谢。真核生物的生物钟包括一个转录-翻译负反馈调节通路,通过这个通路,生物钟基因调节它们自身以及重要代谢基因的表达。多年前人们就已知道肝脏中大约10%的基因具有昼夜节律性,而近些年的RNA测序研究表明,在这些节律性的基因中,仅有大约五分之一是由从头转录所驱使的。这一发现提示对RNA剪接和加工的调控具有非常重要的生物学意义。     

生物钟蛋白质翻译后修饰的生物学功能

生物钟作为内源的分子机器调控生物体的生化反应、生理及行为各层面的活动。真核生物生物钟运行的分子机制非常保守,都是由正调因子和负调因子构成的基于转录/翻译的负反馈调控环来控制。泛素—蛋白酶体途径引发的生物钟蛋白降解是生物钟调控的重要步骤。从真菌、动物到植物,基于磷酸化的生物钟蛋白的泛素化及降解是决定生物钟周期长短的主要调控方式。尽管各物种进化出的生物钟蛋白差异较大,它们都有效地利用了细胞中进化上非常保守的组分,如蛋白激酶、磷酸酶、泛素连接酶、去泛素酶以及蛋白酶体等来调控生物钟的运行。     

果蝇昼夜节律生物钟机制研究进展

昼夜节律生物钟包括输入途径、生物钟本身和输出途径。果蝇作为昼夜节律生物钟研究的前沿模式生物需被进一步了解。本文对果蝇昼夜节律生物钟的钟基因、激酶和磷酸酶的调控、两个相互依赖的转录/翻译反馈环路、生物钟细胞和昼夜节律行为进行了综述。     

一种嵌合型调控元件在肿瘤靶向基因治疗中的应用

肿瘤靶向基因治疗成功的关键是调控治疗基因在肿瘤细胞中特异、高效地表达。首次构建一种嵌合型表达调控元件,旨在转录水平、转录后水平和翻译水平上实现联合调控目的基因在肿瘤细胞中特异性表达。体外实验表明,在前列腺癌细胞系LNCa P中,该调控元件可将报告基因增强型绿色荧光蛋白(EGFP)和荧光素酶(luciferase)的肿瘤表达特异性分别提高420%和480%。体外细胞存活实验表明,运用该元件调控单纯疱疹病毒-1胸腺激酶(HSV-1 TK)的表达能特异性杀伤LNCa P细胞,验证了该元件可成功用于治疗基因的肿瘤靶向表达。     

c-myc基因表达调控及其功能研究进展

本文简要地叙述了近年来,原癌基因c-myc基因表达调控机理及c-myc基因产物功能研究概况。c-myc基因转录有多个转录起始点,产生多种不同大小的mRNA。其反义链也能在体内转录。转录的调控受多种正、负调控因子控制。c-myc基因表达还可以在转录后加工、翻译水平上得到调控。其基因产物则可以通过蛋白质的稳定性及磷酸化等得以调节。c-myc基因产物不仅与DNA复制及细胞增殖有关,在某些细胞株中,如HL-60和MEL细胞,它的表达与细胞分化密切相关。     

蓝光和蛋白酶体抑制剂MG132处理对蛹虫草Cmfrq、Cmwc-1和Cmwc-2转录水平的影响

生物钟的节律振荡器主要成分之间的关系构成了转录-翻译负反馈环,并以此调控生物体的生理生化反应和生长发育等.以不同时间的蓝光照射和蛋白酶体抑制剂MG132处理蛹虫草菌丝体,通过实时荧光PCR分析其中节律振荡器主要成分的3个基因Cmfrq、Cmwc-1和Cmwc-2转录水平变化,以期确定3个基因在蛹虫草中的相互关系和变化规...     

植物叶绿体基因组基因表达调控的研究

叶绿体基因的表达在许多方面与原核基因表达相似,所以最早的理论认为叶绿体基因的表达与原核相似,是在转录起始水平上的调控,进一步的研究认为叶绿体基因表达调控是在不同水平上进行的如：转录水平的调节、转录后调节与修饰、翻译和翻译后修饰等。     

E.coli中mRNA翻译起始区构效关系的研究进展

在翻译水平调控基因的表达是一种较为普遍的形式,尤其在原核生物中,细菌和噬菌体的基因组结构的基本形式为操纵元(operon),位于同一转录单位的基因在转录水平的调节是相同的,因此,它们的表达差异主要与翻译水平调控相关。近年来,随着外源基因在E.coli系统中表达的广泛应用,促进了对该系统有关转录和翻译调控元件及其规律的研究。然而,在实践中,一个目的基因能否在E.coli中得到有效表达常常     

生物钟节律与肝脏代谢稳态

生物钟(circadian clock)是机体内在的自主性计时系统,包括视交叉上核(suprachiasmatic nucleus, SCN)中枢生物钟与各组织外周生物钟。分子生物钟的核心机制包括CLOCK/BMAL1二聚体诱导抑制因子CRYs和PERs的转录,CRYs/PERs复合物反馈抑制前者转录活性,进而使这些生物钟核心因子以及节律输出基因的转录水平呈24 h振荡的反馈调节核心环路,以及REV-ERBα和RORα调控BMAL1转录的补充环路。机体大约80%的蛋白编码基因表达呈现明显的昼夜节律性特征,生物钟系统使生物能够适应地球自转所产生的昼夜节律(近日节律),使机体的代谢平衡与能量相互协同。生物钟与代谢稳态相互依存、互为基础,使机体能够高效利用能量,协同机体不同组织,快速适应内外环境变化。肝脏作为机体代谢的中枢器官,其进行的各种生理活动几乎都受到生物钟的控制。生物钟与肝脏代谢调控之间存在多重交互调控机制,两者的交互平衡失调是代谢性疾病的高风险因素。本文主要就肝脏的糖、脂和蛋白质代谢的节律性调控进行了综述,并强调了线粒体功能的振荡,讨论了肝脏代谢对生物钟的反馈调节,并对生物钟研究方法和应用进行展望。     

蓝藻生物节律性分子调控机制的研究进展

生物钟现象是一种普遍存在于生物界细胞的内源节律性保持机制。生物钟机制的存在可以使生物体的代谢行为产生并维持以24 h为周期的昼夜节律,从而更好地适应于地球自转所产生的环境条件昼夜间节律性变化。蓝藻是目前生物钟分子机制研究中的模式生物,其依赖于k ai基因家族成员的核心生物钟调控模式已经被众多研究者详细阐明。蓝藻生物钟的核心振荡器是由蓝藻k aiA/B/C的编码产物来调控的,Kai蛋白的表达模式具有节律性。KaiC蛋白磷酸化状态的节律性循环及输入、输出途径相关组成蛋白的翻译后修饰状态节律性循环共同组成其反馈回路,负责维持生物钟节律性振荡的持续进行并与环境周期保持同步。传统的蓝藻生物钟分子机制模型认为,节律性表达基因翻译产物的转录/翻译负反馈抑制环是生物节律性维持和输出的关键。遗憾的是,在其它物种生物钟分子机制研究中未发现由kai基因家族成员同源基因组成的节律性标签,这表明以k aiA/B/C为核心振荡器的生物钟系统并不是一种跨物种保守的生物钟系统。近期,人们发现非转录/翻译依赖的振荡器(NTO)也具有成为生物节律性产生和维持的“源动力”的可能。过氧化物氧化还原酶(PRX)氧化还原状态节律性是第一种被报道的跨物种保守的NTO节律性标签,这也日渐成为蓝藻生物钟分子机制研究新的热点。     

视网膜生物钟研究进展

昼夜节律生物钟是以24h为周期的自主维持的振荡器。在高等的多细胞生物中,生物钟可以分为母钟和子钟。研究表明哺乳动物的母钟位于下丘脑视交叉上核(suprachiasmatic nucleus,SCN),由此发出信息控制全身的节律活动;子钟位于组织细胞内,调控效应器的节律。在分子水平上,生物钟的振荡由自身调控反馈环路的转录和翻译组成,并接受外界环境因素的影响,通过下丘脑视叉上核(Suprachiasmatic Nucleus,SCN)中枢震荡器的同步整和而产生作用。视网膜是一种十分节律性的组织,许多生化的、细胞的和生理的过程都是以节律的方式来进行的,如视觉灵敏度、视网膜杆细胞外片层脱落和视网膜色素上皮细胞的吞噬作用、光受体中的视觉色素基因的快速表达等。生物钟存在于很多脊椎动物的视网膜中,被认为是一种外周生物钟。本文综述了视网膜生物钟,生物钟信号传输以及生物钟网络等的最新研究进展。     

PI3KγmRNA 3′非翻译区可能存在基因表达负调控区

为探索人磷脂酰肌醇 3 激酶γ(phosphoinositide 3 kinasePI3Kγ)基因 3′端非翻译区内AU富含区是否在基因表达调控中起作用 ,首先通过生物信息学分析发现在其 3′端非翻译区 (UTR)内存在0 9kb的AU富含区 ,其中包括 4个AU富含元件 ,以及 1个与众多基因非翻译区高度同源的长 130个碱基的区域 .将AU富含区插入报告基因egfp的下游构建pcDNA3 egfp AUR表达载体 .将表达载体转导NIH 3T3,74 0 2及K5 6 2细胞 ,流式细胞检测egfp的表达情况 .PI3Kγ基因 3′非翻译区AU富含区可显著降低egfp的表达 2～ 3倍 (P <0 0 1) .利用放线菌素D阻断RNA转录后 ,Northern印迹分析结果显示egfp AURmRNA较egfpmRNA不稳定 .实验结果提示 ,PI3Kγ基因 3′非翻译区AU富含区内可能存在转录后水平的基因表达负调控区 ,该负调控区可在一定程度上加速mRNA的衰变     

PI3KγmRNA 3′非翻译区可能存在基因表达负调控区

为探索人磷脂酰肌醇 3 激酶γ(phosphoinositide 3 kinasePI3Kγ)基因 3′端非翻译区内AU富含区是否在基因表达调控中起作用 ,首先通过生物信息学分析发现在其 3′端非翻译区 (UTR)内存在0 9kb的AU富含区 ,其中包括 4个AU富含元件 ,以及 1个与众多基因非翻译区高度同源的长 130个碱基的区域 .将AU富含区插入报告基因egfp的下游构建pcDNA3 egfp AUR表达载体 .将表达载体转导NIH 3T3,74 0 2及K5 6 2细胞 ,流式细胞检测egfp的表达情况 .PI3Kγ基因 3′非翻译区AU富含区可显著降低egfp的表达 2～ 3倍 (P <0 0 1) .利用放线菌素D阻断RNA转录后 ,Northern印迹分析结果显示egfp AURmRNA较egfpmRNA不稳定 .实验结果提示 ,PI3Kγ基因 3′非翻译区AU富含区内可能存在转录后水平的基因表达负调控区 ,该负调控区可在一定程度上加速mRNA的衰变     

p53负调控前列腺癌细胞中PC-1基因的表达

在前列腺癌进展中发生的PC-1基因表达失调和p53基因突变,提示这两个事件之间可能存在的联系.用依托泊苷处理前列腺癌LNCaP细胞后,PC-1蛋白的表达受抑制;瞬时转染分析表明野生型p53负调控PC-1启动子的转录活性;缺失突变分析将PC-1基因启动子上受p53负调控的区域定位在翻译起始位点上游757 bp～323 bp之间.缺失PC-1启动子上的雄激素受体反应元件并没有消除p53对其转录活性的抑制作用;无论p53是否存在,组蛋白去乙酰化酶抑制剂TSA处理LNCaP细胞后可以导致PC-1启动子转录活性升高.因此,p53和去乙酰化酶可以独立抑制PC-1启动子活性.这些研究结果表明,野生型p53负调控PC-1基因启动子的转录活性,而前列腺癌进展过程中p53突变可能和PC-1基因的表达失调有关.     

图解“基因的选择性表达”

基因的选择性表达是高中生物学的重要考点和难点,以具体实例图解读选择性表达的基因种类,从转录前调控、转录调控、转录后调控、翻译调控和翻译后调控全视角解读基因选择性表达的机理,为提高中生物学教学效益提供丰富的教学素材。     

GM—CSF基因的表达调节

ＣＭ－ＣＳＦ基因的表达调节分转录水平上的调节和转录后水平上的调节。启动子和增强子的保守序列及其结合蛋白质和３′非翻译区的ＡＵＵＡ结构及其结合蛋白质分别构成了转录水平和转录后水平上的主要调节元件。