有丝分裂期DNA合成（MiDAS）及其介导的端粒复制

DNA复制压力（replication stress，RS）是一个广泛定义DNA复制障碍的术语，通常是指那些能够扰乱复制进程，造成复制叉减慢或停滞的情况。复制压力的过度累积是肿瘤发生和基因组不稳定的主要驱动因素。细胞染色体在复制过程中会不断地遭受来自外源性或内源性复制压力，而端粒及常见脆性位点（common fragile sites，CFSs）是一类对复制压力高度敏感的区域，在复制压力较高的情况下，这些区域往往难以被完全复制。近年的研究发现，有丝分裂期DNA合成（mitotic DNA repair synthesis，MiDAS）区别于S期的复制，可以帮助难以复制的区域在进入有丝分裂期后仍然能够保证复制的进行，因此，MiDAS也被称为“复制的挽救机制”。由于端粒的维持依赖于端粒酶活性及端粒替代性延长机制（alternative lengthening of telomeres，ALT），而具有更多端粒脆性的ALT细胞中端粒-MiDAS表现出高度的活性，因此本文就MiDAS的发生机制及在不同端粒维持机制下难以复制的端粒如何应对复制压力在有丝分裂期完成DNA的合成进行综述。     

PCNA泛素化修饰对DNA损伤应答途径的调控

机体细胞在多种化学物质和内外环境不断攻击下会诱发DNA损伤。为了维持基因组的稳定性,细胞内拥有一系列完善而精确的细胞应答机制来保护基因组DNA的完整性。细胞首先通过DNA损伤检测点,然后通过一系列细胞信号转导通路,启动细胞周期阻滞,进而介导细胞修复或凋亡。大量研究表明泛素化作为一种重要的蛋白质翻译后修饰方式,参与调控了多种细胞生理过程。近期研究表明,DNA损伤导致复制应激可诱发PCNA的翻译后泛素化修饰,泛素化修饰的PCNA可能参与了多种DNA损伤应激过程,影响细胞选择不同的DNA损伤应答途径,导致细胞截然不同的转归。因此,更好地了解PCNA泛素化的作用及其影响DNA损伤应答通路可为我们更深入地了解人类细胞如何调控异常的DNA代谢过程和癌症的发生和发展机制提供依据。     

PCNA泛素化修饰对DNA损伤应答途径的调控

机体细胞在多种化学物质和内外环境不断攻击下会诱发DNA损伤。为了维持基因组的稳定性,细胞内拥有一系列完善而精确的细胞应答机制来保护基因组DNA的完整性。细胞首先通过DNA损伤检测点,然后通过一系列细胞信号转导通路,启动细胞周期阻滞,进而介导细胞修复或凋亡。大量研究表明泛素化作为一种重要的蛋白质翻译后修饰方式,参与调控了多种细胞生理过程。近期研究表明,DNA损伤导致复制应激可诱发PCNA的翻译后泛素化修饰,泛素化修饰的PCNA可能参与了多种DNA损伤应激过程,影响细胞选择不同的DNA损伤应答途径,导致细胞截然不同的转归。因此,更好地了解PCNA泛素化的作用及其影响DNA损伤应答通路可为我们更深入地了解人类细胞如何调控异常的DNA代谢过程和癌症的发生和发展机制提供依据。     

DNA 复制

二十五年来，DNA复制的知识像镶嵌活计一样， 一点点地拼凑着，到今天已经成为一幅比较完整的图 案了，致使当初阐明DNA双螺旋结构理论并提出DNA分子半保留复制假说的作者Watson, 最近发表了非 常乐观的看法：我们几乎知道了DNA复制的全部情 况，下一个问题将是如何在分子水平发生遗传重组的问题.     

酿酒酵母DNA复制的精确时空控制

DNA复制是最基本的生命活动之一。DNA复制本身的错误及其过程控制的异常是细胞内基因组不稳定的主要来源,会导致细胞生长异常、衰老、癌变乃至死亡。为了保证基因组DNA能够精确且完整的复制,DNA复制受到严格的调控。在G1期,DNA复制解旋酶的核心组分Mcm2-7复合体被招募到复制起点,获得复制许可资格。进入S期后,在两个周期性蛋白激酶及多个支架蛋白的作用下,复制解旋酶的激活因子Cdc45和GINS复合体被招募至Mcm2-7,形成解旋酶全酶Cdc45-Mcm2-7-GINS (CMG)复合体。随后,众多复制相关蛋白在精准的时空控制下被招募至CMG平台并组装成复制机器,起始DNA双向复制。当相向而行的两个复制叉相遇,复制机器会从DNA链上解离下来,从而完成DNA复制。关于DNA复制过程的研究在近十年来取得了跨越式的突破。本文以酿酒酵母为例,围绕所有真核生物中都高度保守的DNA复制控制开关——CMG解旋酶,对真核生物DNA复制的最新进展进行综述。     

早老素导致基因组不稳定的机制

基因组不稳定（genomic instability）是机体衰老的标志之一,也是儿童早老症（Hutchinson Gilford progeria syndrome, HGPS)患者细胞的典型特征。HGPS的发生与早老素（progerin)堆积密切相关,但早老素如何引起基因组不稳定尚缺乏系统性的阐述。基因组的结构稳定与DNA的正确复制、DNA损伤修复、端粒的维持和稳定以及表观遗传学修饰密切相关。本文主要讨论早老素在改变正常核纤层结构的基础上,通过影响相关通路关键蛋白质的水平或者定位,引起细胞内氧化应激增强、DNA复制应激和DNA损伤修复障碍,细胞DNA损伤增多和端粒的加速缩短,并在改变组蛋白甲基化和乙酰化方面导致基因组不稳定的机制。     

真核细胞染色体DNA复制起始及复制叉稳定性维持的机制

在真核生物中,DNA复制在染色体上特定的多位点起始．当细胞处在晚M及G1期,多个复制起始蛋白依次结合到DNA复制源,组装形成复制前复合体．pre．RC在Gl-S的转折期得到激活,随后,多个直接参与DNA复制又形成的蛋白结合到DNA复制源,启动DNA的复制,形成两个双向的DNA复制又．在染色体上,移动的DNA复制又经常会碰到复制障碍（二级DNA结构、一些蛋白的结合位点、损伤的碱基等）而暂停下来,此时,需要细胞周期检验点的调控来稳定复制叉,否则,会导致复制又垮塌及基因组不稳定．本文就真核细胞染色体DNA复制起始的机制,以及复制又稳定性的维持机制进行简要综述．     

pZ189质粒DNA体外复制系统的建立

报道了含SV40复制起点的质粒DNA在真核细胞抽提物中进行复制的DNA体外复制系统的建立. 在外源性蛋白质SV40大T抗原(SV40 Tag)的参与下,穿梭质粒pZ189能在猴肾vero细胞胞浆抽提物中,利用其中参与体内DNA复制所需的蛋白质成分,有效地进行体外DNA复制. 从而为研究真核细胞DNA复制系统的结构与功能提供了简单、有效的模型.     

数学思维方法在生物学教学中的应用

数学思维方法常用于定量研究生物学问题。近年来在“3 X”高考、会考、竞赛的代谢、遗传、生态和生理等部分知识点的考查中被广泛应用 ,包括数列、不等式、数形结合、恒等变形、概率原理和比例的性质等方面。1　数列例 1,某 DNA用3 2 P进行标记 ,该 DNA分子复制 n次后 ,新形成的 DNA的分子中 ,含有原来母链中标记链 DNA分子占新 DNA分子的百分比是多少 ?解析 :双链 DNA复制时 ,所得的 DNA分子数为 2 n个 (n为复制次数 ) ,由于 DNA分子为半保留复制 ,不管DNA分子复制多少次所形成的新 DNA分子中含有标记链的 DNA分子始终是 2…     

复制酶体的瞻望和疑问

由若干酶组成的复合体参与双链DNA分子复制过程。这种活性蛋白质复合体称为复制酶体(replitase),而具有这些酶活性的蛋白质并不能独立起作用。这种复合体在DNA复制(S期)开始时才由其各种成分装配而成,而在细胞周期的Gl期则不复存在。在真核细胞的复制酶体中,参与dNTP生物合成的酶和参与DNA复制的蛋白质结合在一起。在此复合体被装配前,细胞内先合成了大量“粘合”蛋白,以便将这些有关的蛋白质粘合在一起。在真核细胞内是否有这样的复制酶体存在是多年来一个有争论的问题。作者认为真核细胞中的复制酶体可能由细胞核内、外的两个蛋白质复合体所组成,并由两者协同完成DNA复制。如果复制酶体的存在得到证实,将会对诸如细胞周期、DNA复制、癌症发生、抗癌化学疗法和抗代谢物的生物学作用等理论,产生相当大的影响。     

四种DNA复制起始方式的比较

近年来有关DNA复制的机制研究取得一些重要进展,但现有高等生物学相关专业的《生物化学》、《分子生物学》和《基因工程》等教材中DNA复制机理尤其是复制起始相关章节的内容更新不够。结合最新的研究进展,本文综述了四种DNA复制方式:双向复制(原核大肠杆菌和真核生物)、单起点单向(质粒ColE1)、哺乳动物线粒体DNA(取代环)以及最近发现的不需要引物的DNA聚合酶起始的DNA复制方式,丰富了教材相关的内容,强调复制的不同方式是不同的复制起始复合物装备的结果。文末对四种不同的复制方式异同进行了比较,根据复制原点在复制复合物装备中的重要作用,对教材中复制原点的概念进行了进一步的剖析。本文内容将有利于学生跳出课程的框架,将相关的知识点融会贯通,夯实理论基础并在将来能有所应用。     

封面说明

图案说明： 2009年瑞典卡罗林斯卡医学院宣布诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家伊丽莎白·布莱克本、卡萝尔·格雷德和杰克·绍斯塔克,以表彰他们＂发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的＂。端粒和端粒酶的发现,解决了DNA末端复制这一基础生物学的问题,这一问题从端粒的角度揭示细胞分裂潜能控制,     

真核细胞DNA复制叉稳定性维持机制的研究进展

DNA复制是细胞最基本的生命活动之一,是生物体生存和繁殖的基础。从原核生物到真核生物,DNA复制过程基本保守,分为复制起始和延伸两个阶段。复制叉是DNA复制的基本结构,它容易遭受多种内源或外源的DNA复制压力影响而停顿,导致基因组不稳定,引起细胞凋亡、癌变或细胞死亡等严重后果。为了维持复制叉的稳定,细胞进化出了一系列机制,其中最重要机制之一便是S期细胞周期检验点。就影响DNA复制叉稳定的内外因素、S期细胞周期检验点与复制叉稳定性的关系以及复制叉稳定性与相关疾病的发生、治疗等问题进行简要综述。     

孪蛋白与真核生物DNA复制起始

真核生物DNA复制起始受多种协同机制的严格调控,以保证DNA复制起始在每个细胞周期内仅发生一次。其中,孪蛋白(Geminin)介导的一系列对DNA复制起始抑制的机制为高等真核生物所特有,对真核生物遗传物质忠实、稳定的传递至关重要。该文以孪蛋白与真核生物DNA复制起始的关系为核心,简要介绍了真核生物DNA复制起始的过程以及孪蛋白的结构、时空调控,详细论述了目前发现的孪蛋白参与真核生物DNA复制起始调控的途径及其机制,对前人的研究成果进行了总结,并提出了一些关于未来孪蛋白研究方向的思考。     

蛋白质起始的DNA病毒复制机制

DNA聚合酶在DNA合成过程中需要的引物包括RNA引物、DNA自我引物和蛋白质引物3种类型。新DNA链(如冈崎片段)的复制多是在DNA模板上合成一段RNA引物,细小病毒利用其基因组末端的反向末端重复序列(ITRs)自我折叠成DNA引物,而一些DNA、RNA病毒及真菌质粒起始复制反应的引物则是蛋白质。以感染原核生物的噬菌体Phi29和真核DNA病毒腺病毒为例,从复制过程所涉及的蛋白质、对复制原点的识别、复制起始反应、新链的延伸、复制终止过程等方面详细阐述DNA病毒由蛋白质引发的复制机制,并对已商品化的Phi29 DNA聚合酶产品多重置换扩增及单细胞测序等的应用以及基于噬菌体Phi29蛋白质起始的最小复制系统体外扩增异源DNA等最新的应用研究作相关总结介绍。     

"DNA复制"教学设计

“DNA复制”内容是本章的一个重点 ,本课在教材中所占的篇幅不大 ,但对这节课内容进行合理的拓展和延伸、利用这节内容对学生进行科学方法教育、培养学生的能力是大家密切关注的问题 ,为此本人对这节课进行了创新的设计 ,应用个性化处理的网上资源编辑成网页课件 ,将有关 Flash和 Authorware课件、个性化处理的网上资源、生物图片等进行有机链接 ,取得了很好的效果。1　教材分析“DNA复制”内容是本章的重点之一 ,主要内容包括复制所需要的条件、复制过程及特点、领会 DNA分子独特的双螺旋结构和碱基互补配对能力与复制的密切关系。本…     

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。     

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。     

用人造微小染色体技术研究着丝粒和端粒的DNA结构与功能

为了在细胞世代中保持其稳定性,染色体起码应具备3个结构要素,那就是有一个DNA复制起点;一个着丝粒(ccntromere)使细胞分裂时两个姊妹染色单体能平均分配到子细胞里;最后,在染色体的两个末端必须有端粒(telomere),使DNA能完成复制。近年来人们采用分子克隆技术把真核细咆染色体的复制起点、着丝粒和端粒的DNA片段分别克隆成功。并且把它们互相搭配或改造而构成所谓“人造微小染色体”(aftificial minichromosomes),以研究这3种成分的结构与功能。 一、染色体复制起点 大肠杆菌质粒pBR322不能转化酵母细胞,因为pBR322上的DNA复制起点不能被酵母系统所识别,DNA不能复制。1979年Stinchcomb和Carbon实验室分别把带有遗传标记,例如Trp~+的酵母DNA的EcoRI片段插入pBR322,用来转化trp~-酵母,获得了带有质粒并能传代的Trp~+细胞。它们所含的质     

关于DNA复制的引物和DNA聚合酶

DNA复制是由DNA聚合酶催化的,反应需要四种脱氧核苷三磷酸和引物-模板;在引物的3′-羟基上,按模板的指令逐个添加脱氧核苷酸,生成碱基序列与模板互补的新DNA。复制时,DNA双链先打开,形成复制叉,随着复制叉的移动完成复制过程。双链DNA的复制是半不连续的,即先导链是连续合成滞后链则为不连续合成;后者先生成若干短片段(冈崎片段),再连在一起。 DNA复制在基因组的加倍、DNA重组以及修复DNA所受损伤等方面都对生命有决定性的作用。