R环形成的调控机制及其生物学意义

R环(R-loop)是由一条DNA:RNA杂交链和一条被置换出的单链DNA组成的三链核酸结构,通常在转录过程中形成。R环在基因调控、端粒稳定、DNA复制以及组蛋白修饰等方面都发挥着重要作用。越来越多的研究表明,它们还是复制压力的重要来源,过多的R环累积会造成DNA损伤以及基因组不稳定。此外,R环与许多人类疾病包括神经紊乱、癌症和自身免疫疾病等有关。鉴于R环的重要生理功能及其与疾病的潜在关系,该文重点总结了R环的形成机制、生理功能及R环在基因转录调控和基因组不稳定性中的作用,并讨论了R环调控异常与疾病之间的关系。     

RNA病毒基因组和转录复制多样性的分子基础

自然界中RNA病毒的种类和数量比DNA病毒多得多,根据基因组类型,RNA病毒可分为多种类型,许多研究者认为,存在于古细菌Myxobacteria中,仅仅有一个逆转录酶基因的反转子（Retron)可能是所有病毒的祖先,进化的模式如下,反转子→反座子→反转录转座子→反转录病毒→副反转录病毒→DNA病毒,RNA病毒转录。／复制在很多特征上与DNA病毒迥然不同,依赖于RNA的RNA聚合酶是RNA病转录／复制的主要催化剂,RNA病毒基因组转录和复制都从3'端poly(A)或类tRNA结构或其他结构起始,内部终止是转录,通读到5'末端终止是复制,RNA病毒的模板有正链病毒（RNA模板,负链病毒RNA模板和全长正负链反基因组RNA模板,RNA模板的选择调控机制非常复杂,目前知之甚少,选择模板,RNA聚合酶与转录因子结合形成复制体是两种主要的调控方法,另外,5'UTR和3'UTR也可以调控RNA病毒的转录。     

DNA聚合酶在维持基因组稳定性中的多重功能及其相关疾病

遗传物质的稳定传递是生命繁衍的根本。基因组DNA的精确复制和分配是遗传物质传递的基础,也是细胞周期两大最核心的生物学事件。DNA聚合酶作为催化合成DNA双链的酶,是复制过程中最重要的因子之一。尽管对这类酶的研究已有将近60年的历史,但依然是生命科学基础研究的前沿之一。真核生物中已知的DNA聚合酶有十几种,它们不仅参与正常基因组DNA合成过程,也参与DNA损伤情况下多种修复过程。如此众多的具有不同特性的DNA聚合酶在细胞内是如何分工与合作的,在正常细胞传代与环境胁迫等情况下维护基因组稳定性中的关键作用及其分子机制又是什么。更有意思的是,最近的肿瘤细胞比较基因组数据表明,多种DNA聚合酶基因突变与某些肿瘤和遗传疾病相关,从而为这些疾病致病机理研究与诊治提供了新的思路和方法。对上述DNA聚合酶相关核心问题的最新研究进展进行了综述。     

单股环DNA病毒基因组的复制及其转录调控因子结合序列

单股环ＤＮＡ病毒基因组的复制及其转录调控因子结合序列崔治中（扬州大学农学院兽医系,生物技术系,扬州２２５００１）关键词单股环ＤＮＡ病毒,基因组复制,调控区结构最近定名的单股环ＤＮＡ病毒科（Ｃｉｒｃｏｖｉｒｉｄａｅ）是迄今为止发现的一类最小的动物病毒。...     

DNA损伤检验点与损伤修复及基因组稳定性

生物有机体基因组DNA经常会受到内源或外源因素的影响而导致结构发生变化,产生损伤;在长期进化过程中,有机体也相应形成了一系列应对与修复损伤DNA,并维持染色体基因组正常结构功能的机制。其中DNA损伤检验点（DNA damage checkpoint）就是在感应DNA损伤的基础上,对损伤感应信号进行转导,或引起细胞周期的暂停,从而使细胞有足够的时间对损伤DNA进行修复,或最终导致细胞发生凋亡。DNA损伤检验点信号转导途径是一个高度保守的信号感应过程,整个途径大致可以分为损伤感应、信号传递及信号效应3个组成部分。其中3-磷脂酰肌醇激酶家族类成员ATM（ataxia-telangiectasia mutated）和ATR（ataxia-telangiectasia and Rad3-related）活性的增加构成整个途径活化的第一步。它们通过激活下游的效应激酶,Chk2／Chk1,通过协同作用许多其他调控细胞周期、DNA复制、DNA损伤修复及细胞凋亡等过程的蛋白质因子来实现细胞对DNA损伤的高度协调反应。近十几年,随着此领域研究的不断深入,人们逐步揭示了DNA损伤检验点途径发生过程中,各种核心组分通过与不同调节因子、效应因子及DNA损伤修复蛋白间的复杂相互作用,以实现监测感应异常DNA结构并实施相应反应的机制;其中,检验点衔接因子（mediators）及染色质结构,尤其是核小体组蛋白的共价修饰在调控ATM／ATR活性,促进ATM／ATR与底物间的相互作用以及介导DNA损伤位点周围染色质区域上多蛋白复合物在时间与空间上的动态形成发挥着重要的作用。同时,人们也开始发现DNA损伤检验点途径与DNA损伤修复、基因组稳定性以及肿瘤发生等过程之间某些内在的联系。该反应途径在通过协调细胞针对DNA损伤做出各种反应的基础上,直接或间接地参与或调控DNA损伤修复过程,并与DNA损伤修复途径协同作用最终保证染色体基凶组结构的完整性,而检验点途径的改变,则会引起基因组不稳定的发生,包括从突变频率的提高到大范围的染色体重排,以及染色体数量的畸变。如：突变发生在肿瘤形成早期,会大大增加肿瘤发生的几率。文章将对DNA损伤检验点途径机制及其对DNA损伤修复、基因组稳定性影响的最新进展进行综述。     

RMP在肝癌细胞基因组稳定性和凋亡中的作用

目的:研究RPB5调节蛋白(RMP)在正常肝细胞及肝癌细胞基因组稳定性中的作用,并探讨其与细胞凋亡的相关性。方法:采用逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)从mRNA 水平检测正常细胞系及多种肿瘤细胞系中RMP的表达。不同剂量⁶⁰Coγ射线照射肝癌细胞SMMC-7721细胞和正常肝细胞HL-7702细胞,RT-PCR法检测RMP的表达,流式细胞技术检测照射肝癌细胞周期变化及细胞凋亡。应用RNA干扰技术研究RMP在肝癌细胞基因组稳定性中的作用。结果:正常细胞系及多种肿瘤细胞系中RMP基因均有不同程度的表达。经⁶⁰Coγ射线诱导的肝癌细胞及正常肝细胞RMP表达水平明显升高,且有一定剂量依赖性。随着照射剂量增加细胞凋亡明显增多,细胞周期G₁期增高,而S期明显降低。RMP被干扰后, 电子显微镜观察细胞形态发生明显改变,p21基因表达减弱。结论:RMP具有维持细胞基因组稳定性的潜在作用。RMP的表达与p53、p21等具有一定相关性,可能与后者协同调节细胞凋亡过程。     

R-loop的调控及其生理功能

R环（R-loop）是一种DNA∶RNA杂合链（DNA∶RNA hybrids）,由一条RNA单链侵入双链DNA,与其中一条DNA模板链结合,从而释放出一条DNA单链而产生。R-loop在细胞生命活动中扮演着重要角色,与基因组稳定性、转录调控,以及表观修饰等重要生物学过程有着密不可分的关系。很多因素参与对R-loop的调控,例如RNA转录和加工、染色体的修饰、DNA损伤反应等;同时,许多酶蛋白,如核糖核酸酶、解旋酶和拓扑异构酶等也参与调节细胞内的R-loop水平。了解R-loop的调控机制及其生物学功能有助于更好地理解基因组稳定性的维持机制,为治疗骨髓增生异常综合征、白血病、乳腺癌、前列腺癌等疾病开拓新思路。     

PML与基因组稳定性

基因组稳定性同肿瘤的发生、发展密切相关,维护基因组稳定性对于细胞行使正常的生理功能是至关重要的.早幼粒细胞白血病蛋白PML(promyelocytic leukemia)主要借助分子中RBCC结构,同近50种有重要功能的蛋白相互作用而形成PML-NBs(PML nuclear bodies).PML-NBs是与核基质结合的、动态的、亚核多蛋白复合物,它作为区室化核结构(compartmentalized nuclear architecture)——染色质间区室(interchromatin compartment)的功能单位,满足了真核基因高层次表达调控模式的时空要求.最新的研究证明：PML是基因组稳定性“守门人”——p53分子的搭档分子,同样在基因组稳定性调控中发挥着重要的功能作用.它协同p53参与了DNA损伤反应所诱发的细胞凋亡,还可组织多种DNA修复分子参与DNA损伤修复,在DNA损伤反应中具有重要作用;此外,PML还通过调控aurora A的活性参与中心体复制检查点调控,借助调控survivin的表达参与有丝分裂纺锤体组装检查点调控,在染色体复制和细胞分裂中均显示了重要的调控作用.而当PML表达缺失或不足时则与多种肿瘤的发生、发展相关联,因此PML分子在维护基因组稳定性中具有重要功能作用,本文仅就相关的最新研究进展予以概述     

DNA修复——基因组稳定性护卫机制的原创与发现之旅

基因组DNA是遗传的物质基础,编码的信息指导生物种系的复制延续、生命体的生长发育和代谢活动。无论是在外环境因素的应激压力下还是处于正常状态,DNA损伤时刻在发生,由此,DNA损伤修复作为重要的细胞内在机制,在维护基因组稳定性、降低癌症等人类系列重大疾病风险中发挥了不可替代作用。三位科学家汤姆·林达尔(Tomas Lindahl)、阿齐兹·桑贾尔（Aziz Sancar）、保罗·莫德里奇（Paul Modrich）因发现和揭示DNA修复及其机制的杰出贡献,获得2015年诺贝尔化学奖。本文综述了三位获奖者分别在DNA损伤的碱基切除修复、核苷酸切除修复和错配修复研究中的原创发现,以及相应的修复通路机制的描绘。此3种修复通路,主要是针对紫外线和化学物所致DNA的碱基损伤、嘧啶二聚体及加合物或者DNA复制过程中发生的碱基错误配对的修复。恰巧,2015年拉斯克基础医学研究奖授予的两位科学家,也因他们揭示了DNA损伤应答现象和机制研究的重大贡献而获奖,本文也呈现了获奖者的关键性科学发现。最后,简要展望了中国DNA损伤修复领域的发展。     

在小鼠发育过程中线粒体基因组新型R环的表达

本实验室在成年小鼠线粒体DNA(mtDNA)D环上发现了一个新颖的轻链RNA转录本,这个RNA能够同DNA双链结合,形成一个稳定的DNA-RNA杂合结构(R环)。在此基础上,利用RT-PCR和Northern印迹法检测了小鼠线粒体基因组中R环的时空表达的特点。发现R环在小鼠不同组织、不同发育阶段中的表达水平有差异,其表达模式具有分化的位相性和时序性,提示R环有可能作为参与调控线粒体基因表达的分子,因而具有重要意义。     

RNA:DNA hybrids from Okazaki fragments contribute to establish the Ku-mediated barrier to replication-fork degradation

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细菌中RNase HI介导RNA降解的研究进展

在细菌细胞中,为了维持基因组稳定和正常的生命活动,RNase HI通常以降解RNA/DNA杂合链中RNA的方式来防止复制中引物的积累以及转录中R环的形成。RNase HI对底物的识别主要依赖于DNA与RNA结合槽,对底物的催化主要依赖于DEDD基序和位于活性位点附近柔性环中的一个组氨酸。以Mg²⁺为代表的金属离子在催化过程中发挥了至关重要的作用。杂交双链中ssDNA突出部分的类型决定了RNase HI的作用模式：在没有突出或在ssDNA的5′端存在突出部分的情况下,RNase HI作为一种非序列特异性核酸内切酶随机地降解RNA;当ssDNA的3′端存在突出部分时,RNase HI依靠5′核酸外切酶活性对RNA进行连续切割。RNase HI、Rep、DinG和UvrD通过与单链DNA结合蛋白(single-stranded DNA-binding protein, SSB)的C端尾部的6个残基相互作用被招募到复制叉附近,并可能以协作的方式解决复制-转录冲突。RNaseHI的缺失或活性降低将引起DNA结构不稳定、基因突变、转录装置回溯和复制不协调等一系列有害后果。RN...     

Mechanisms of primer RNA synthesis and D-loop/R-loop-dependent DNA replication in Escherichia coli

In DNA replication, DNA chains are generally initiated from small pieces of ribonucleotides attached to DNA templates. These ‘primers’ are synthesized by various enzymatic mechanisms in Escherichia coli. Studies on primer RNA synthesis on single-stranded DNA templates containing specific ‘priming signals’ revealed the presence of two distinct modes, ie immobile and mobile priming. The former includes primer RNA synthesis by primase encoded by dnaG and by RNA polymerase containing a σ⁷⁰ subunit. Priming is initiated at a specific site in immobile priming. Novel immobile priming signals were identified from various plasmid replicaons, some of which function in initiation of the leading strand synthesis. The latter, on the other hand, involves a protein complex, primosome, which contains DnaB, the replicative helicase for E coli chromosomal replication. Utilizing the energy fueled by ATP hydrolysis of DnaB protein, primosomes are able to translocate on a template DNA and primase synthesizes primer RNAs at multiple sites. Two distinct primosomes. DnaA-dependent primosome supports normal chromosomal identified, which are differentially utilized for E coli chromosomal replication. Whereas DnaA-dependent primosome supports normal chromosomal replication from oriC, the PriA-dependent primosome functions in oriC-independent chromosomal replication observed in DNA-damaged cells or cells lacking RNaseH activity. In oriC-independent replication, PriA protein may recognize the D- or R-loop structure, respectively, to initiate assembly of a primosome which mediates primer RNA synthesis and replication fork progression.     

Structural diversity and dynamics of genomic replication origins in Schizosaccharomyces pombe

DNA replication origins (ORI) in Schizosaccharomyces pombe colocalize with adenine and thymine (A+T)‐rich regions, and earlier analyses have established a size from 0.5 to over 3 kb for a DNA fragment to drive replication in plasmid assays. We have asked what are the requirements for ORI function in the chromosomal context. By designing artificial ORIs, we have found that A+T‐rich fragments as short as 100 bp without homology to S. pombe DNA are able to initiate replication in the genome. On the other hand, functional dissection of endogenous ORIs has revealed that some of them span a few kilobases and include several modules that may be as short as 25–30 contiguous A+Ts capable of initiating replication from ectopic chromosome positions. The search for elements with these characteristics across the genome has uncovered an earlier unnoticed class of low‐efficiency ORIs that fire late during S phase. These results indicate that ORI specification and dynamics varies widely in S. pombe, ranging from very short elements to large regions reminiscent of replication initiation zones in mammals.