组蛋白去乙酰化酶1/2参与调控小鼠卵子发生的研究进展

卵子发生是雌性哺乳动物的基本生殖过程,是后续受精及胚胎发育的基础.近年来研究表明,表观修饰在调控哺乳动物生殖过程(如卵子发生、精子发生、植入前胚胎发育及性别分化等)中扮演着重要的角色.以组蛋白乙酰化为例,组蛋白乙酰转移酶(histone acetyltransferases,HATs)和去乙酰化酶(histone de...     

组蛋白去乙酰化酶抑制剂的研究进展

核小体是真核生物染色质的基本单位,通过对组蛋白核心的N-端的乙酰化、甲基化、磷酸化、遍在蛋白化的修饰作用而影响细胞的功能。组蛋白乙酰化酶(histone acetylase HAT)及组蛋白去乙酰化酶(Histone Deacetylases HDAC)之间的动态平衡控制着染色质的结构和基因表达。当组蛋白去乙酰化水平增加,乙酰化水平相对降低,即会导致正常的细胞周期与代谢行为的改变而诱发肿瘤,及神经退行性变。组蛋白去乙酰化酶抑制剂(Histone Deacetylases-inhibitor HDACi)目前是国内外研究的热点。其中,曲古霉素A(Trichostatin A TSA),是最早发现的天然组蛋白去乙酰化酶抑制剂;伏立诺他(Suberoylanilide Hydroxamic Acid SAHA)已经美国FDA批准用于治疗皮肤T细胞淋巴瘤。本文就HDACi分类及其功能出发综述HDACi的作用机制及研究进展。     

藏羚羊组蛋白去乙酰化酶1 基因编码区的克隆与序列分析

为探讨藏羚羊的低氧适应机制与高原低氧环境的相关性,采用RT-PCR 技术,首次从藏羚羊心肌组织总DNA 中克隆出组蛋白去乙酰化酶1 (Histone deacetylase1,HDAC1)基因的编码区序列。该序列全长为1 449 bp,
编码482 个氨基酸,预测其蛋白质分子量约为55 kDa。序列分析表明,藏羚羊HDAC1 基因的编码区序列与其它哺乳动物相似性超过90% ,其中与牛的相似性最高为98.27% ;它的氨基酸序列与其它哺乳动物的相似性达到
98.76% ～ 99.59%,显示出极高的保守性。利用邻接法(Neighbor-Joining,NJ 法)构建的分子系统进化树聚类结果表明,藏羚羊与牛先聚为一类,该聚类结果与传统的物种进化关系基本一致。藏羚羊HDAC1 基因编码区的成
功获得,为进一步揭示藏羚羊低氧适应的表观遗传机制奠定基础。     

组蛋白乙酰化／去乙酰化作用与真核基因转录调控

核小体组蛋白的翻译后修饰是真核基因转录调控中的关键步骤。对于组蛋白的这类修饰方式 ,近年来研究最为活跃的是组蛋白Ｎ末端区域保守的Ｌｙｓ上ε ＮＨ 3 的乙酰化作用。随着各种组蛋白乙酰化酶 /去乙酰化酶被克隆、鉴定 ,组蛋白乙酰化 /去乙酰化作用与真核基因转录调控之间的关系也开始逐步得以阐明。1 .真核转录相关的组蛋白乙酰化酶和组蛋白去乙酰化酶1 .1　组蛋白乙酰化酶 (ｈｉｓｔｏｎｅａｃｅｔｙｌｔｒａｎｓ ｆｅｒａｓｅ ,ＨＡＴ)　　核小体组蛋白中Ｎ末端区域上保守的Ｌｙｓ的乙酰化是染色质具有转录活性的标志之一。在组蛋白…     

组蛋白去乙酰化酶抑制剂的研究进展

组蛋白是真核生物核染色体的重要组成部分。它们被分为五类(H,H2A,H2B,H3和H4),两组:核心组蛋白(H2A,H2B,H3和H4)和联结子组蛋白(H1)[1]。由组蛋白修饰所造成的染色体局部构象的改变,在真核生物基因表达调控中发挥着举足轻重的作用[2]。     

组蛋白乙酰化/去乙酰化在真核基因转录调控中的作用

真核生物中 ,染色质的基本单位是核小体。核小体由H2 A ,H2 B ,H3 ,H4构成的核心组蛋白八聚体及缠绕于其上的DNA构成。最近的研究结果表明 ,核心组蛋白的乙酰化 去乙酰化过程是调控基因活性的一个关键步骤[1] 。而含有组蛋白去乙酰化酶活性的分子有两类 :一类是与酵母RPD3同源的分子 ,另一类是与RPD3不同源的分子。它们各有其不同的来源 ,存在于各自的复合物中 ,催化不完全相同的组蛋白或其他蛋白质去乙酰化 ;这些去乙酰化酶与基因转录的调控存在着密切的关系 ,主要是介导基因转录的抑制。     

组蛋白去乙酰化酶4与人类疾病

组蛋白去乙酰化酶4（histone deacetylase 4,HDAC4）是一类依赖锌的去乙酰化酶,属于Ⅱ类组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylases,HDACs）,主要具有去乙酰化酶的活性。HDAC4由去乙酰化酶结构域发挥去乙酰化酶的作用,还具有核定位序列和核输出序列,通过转录后与翻译后水平的修饰可在细胞核和细胞质之间穿梭,进而参与多种调节过程。近年来的研究发现,HDAC4可参与基因的转录调控、细胞凋亡、代谢等诸多生物进程,在多种疾病的发生发展中发挥重要作用。本文主要从HDAC4的结构、去乙酰作用、自身的修饰及其在核浆中的穿梭作用对其进行概述,同时对其在骨关节炎、心血管疾病、肌萎缩性侧索硬化症等不同疾病中的作用、相关的分子机制及组蛋白抑制剂在肿瘤中的应用等方面的研究进展进行综述。     

组蛋白去乙酰化酶4与人类疾病北大核心CSCD

组蛋白去乙酰化酶4(histone deacetylase 4,HDAC4)是一类依赖锌的去乙酰化酶,属于Ⅱ类组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases,HDACs),主要具有去乙酰化酶的活性。HDAC4由去乙酰化酶结构域发挥去乙酰化酶的作用,还具有核定位序列和核输出序列,通过转录后与翻译后水平的修饰可在细胞核和细胞质之间穿梭,进而参与多种调节过程。近年来的研究发现,HDAC4可参与基因的转录调控、细胞凋亡、代谢等诸多生物进程,在多种疾病的发生发展中发挥重要作用。本文主要从HDAC4的结构、去乙酰作用、自身的修饰及其在核浆中的穿梭作用对其进行概述,同时对其在骨关节炎、心血管疾病、肌萎缩性侧索硬化症等不同疾病中的作用、相关的分子机制及组蛋白抑制剂在肿瘤中的应用等方面的研究进展进行综述。     

小鼠组蛋白去乙酰化酶基因序列分析

利用生物信息学方法,通过NCBI和其他生物学数据库及DNAstar、Clustal X等生物信息学软件对小鼠11种去乙酰化酶(histone deacetylase,HDAC)的基因结构、开放阅读框、GC含量、氨基酸序列、同源性及染色体定位等问题进行了分析。结果发现小鼠HDACs外显子从10～29个不等,开放阅读框长度从1044～3450bp不等,GC含量约为50%。序列比对分析后发现HDAC1和HDAC2蛋白质序列之间相似性达89.8%,其余HDACs蛋白质序列之间相似性相对较低,HDAC7和HDAC8之间仅为8.8%。系统发生分析表明小鼠11种HDACs也按照酵母种系发育中不同HDACs的结构聚类为Ⅰ、Ⅱa、Ⅱb和Ⅳ等4个类群,来源于基因复制。染色体定位分析发现除HDAC6和HDAC8位于X染色体外,其余均位于常染色体。研究结果为进一步研究小鼠HDACs转录调控的分子机制和蛋白质功能奠定基础。     

龙眼胚性愈伤组织DRM1基因的克隆及其定位与表达分析

该研究以龙眼胚性愈伤组织的转录组数据为基础,对龙眼胚性愈伤组织DlDRM1基因进行克隆和生物学信息分析,并检测其在体胚发生过程中不同发育阶段、不同浓度的外源激素(2,4-D、IAA、KT)处理下及不同组织部位的表达,以揭示DlDRM1基因在龙眼体胚发生过程中的功能。结果表明:(1)从龙眼转录组unigene序列筛选获得龙眼结构域重排甲基化酶1基因(命名为DlDRM1)全长序列,并利用RT-PCR法从‘红核子’龙眼胚性愈伤组织中克隆获得DlDRM1基因的cDNA全长序列(GenBank登录号为KY990493);DlDRM1基因cDNA全长2 574bp,包括494bp的5′UTR,184bp的3′UTR,可编码包含631个氨基酸的蛋白质。(2)生物信息学分析显示,DlDRM1是一个不稳定的亲水蛋白,不含信号肽,不存在跨膜结构域,其分子式为C_(3104)H_(4839)N_(851)O_(984)S_(28);序列比对和系统进化分析表明,龙眼DlDRM1与脐橙DRM相似度最高(76.85%),二者亲缘关系也最为接近。(3)实时荧光定量PCR分析发现,DlDRM1在龙眼各组织器官中均有表达,且在果肉中表达量最高,其次是花蕾,在叶中的表达量最低;DlDRM1基因在非胚性愈伤组织中表达量最高,而且在非胚性愈伤向胚性愈伤转变过程中DlDRM1基因的表达量呈逐步下降趋势,说明DlDRM1基因与体胚胚性呈负相关关系,在龙眼体胚发生过程中可能发挥着重要的作用;一定浓度的IAA和2,4-D能够促进DlDRM1基因的表达,而KT则抑制DlDRM1的表达。(4)亚细胞定位结果表明,DlDRM1定位于细胞核和细胞膜上。     

龙眼体胚发生相关未知蛋白DlUP-3基因的克隆与表达分析

在龙眼体胚发生早期的蛋白质组学研究中,发现1个体胚发生相关未知蛋白DlUP-3,通过简并引物结合RACE技术进行其基因全长序列克隆。结果显示:(1)克隆到的龙眼体胚发生相关未知蛋白基因DlUP-3的全长cDNA序列为1 681bp,开放阅读框由1 017个核苷酸组成,编码338个氨基酸(GenBank登录号为GQ167202)。(2)生物信息学分析发现,该基因推导蛋白分子量为36 854.2Da,pI为9.05;该蛋白为Ras蛋白质家族成员,具有ATP/GTP-binding site motif A(P-loop)结合位点和1个典型的Ras_like_GTPase superfamily组件,无典型信号肽结构,但有跨膜螺旋的亲水性蛋白;不规则卷曲是其最大量的结构元件,散布于整个蛋白质中。(3)实时荧光定量PCR分析显示,该基因在龙眼体胚发生过程中均有表达,其中以胚性愈伤组织阶段表达量最低,而球形胚阶段最高。研究表明,DlUP-3基因在龙眼体胚发生过程尤其是球形胚阶段有重要的作用,为进一步研究该基因在龙眼体胚发生过程中的功能奠定了基础。     

龙眼UGD6基因克隆及其表达特性分析

该试验采用RT-PCR和RACE技术,对龙眼多糖合成的关键基因尿苷二磷酸-葡萄糖6-脱氢酶基因(DlUGD6)进行分离克隆、生物信息学分析和亚细胞定位研究,并采用qRT-PCR技术,对其在龙眼体细胞胚胎发生、合子胚发育及不同组织器官中的表达模式进行分析。结果表明:(1)DlUGD6基因的cDNA序列全长1 860bp,包含开放阅读框1 443bp,编码480个氨基酸(GenBank登录号KU198438);生物信息学分析显示,DlUGD6属于稳定的酸性亲水蛋白,不含信号肽,具有跨膜结构和3个典型的保守结构域,属于UDP-葡萄糖/GDP-甘露糖脱氢酶家族;进化树分析表明,DlUGD6与柑橘亲缘关系较近。(2)洋葱内表皮GFP荧光定位观察发现,DlUGD6定位于细胞质;qRT-PCR结果显示,DlUGD6在龙眼非胚性愈伤组织中表达量相对较高,且在其他体胚发育阶段也均有稳定表达;在合子胚发育中子叶胚形成后第8天(S3)和第24天(S7)时表达量最高,整体呈"W"型;在不同组织器官中,DlUGD6在花药和茎中的表达量最高,且整体上生殖器官中的表达水平高于营养器官。研究认为,DlUGD6基因可能参与龙眼生长发育各个阶段中细胞壁多糖合成。     

龙眼体胚发生过程中DCL基因的分子特性及表达分析

从龙眼转录组unigene序列筛选获得龙眼DCL基因(命名为DlDCL)全长序列,并结合生物信息学及实时荧光定量等方法,对龙眼DCL基因进行研究,以明确DlDCLs在龙眼体胚、不同生长组织部位中的表达规律及其对激素和光质应答反应,为进一步研究龙眼体胚过程中DlDCLs基因的调控研究奠定基础。结果表明:(1)龙眼转录组数据存在DlDCL1、DlDCL2、DlDCL3和DlDCL4四个DCL家族成员,且基于Unigene的FPKM值发现不同基因在体胚发生阶段具有差异表达。(2)生物信息学分析发现,DlDCLs成员间基本理化性质较为类似,均为亲水性不稳定蛋白、不含信号肽、可进行跨膜运动,但也存在一定差异,如DlDCL2为碱性蛋白,而其他3个成员为酸性蛋白;亚细胞定位预测显示,DlDCLs均定位于细胞核中,但DlDCL2也存在定位于叶绿体中;对DCL蛋白结构域预测显示,DCL是高度保守的蛋白。(3)系统进化树分析显示,不同物种的DCL分为4个分支,同源的DCL蛋白都聚为一类,且DlDCLs与柑橘DCL亲缘关系更为接近。(4)实时荧光定量PCR分析表明,DlDCLs在龙眼非胚性愈伤组织和体胚发生过程中的表达模式差异较大,但DlDCLs在愈伤组织阶段均有较高的表达量,推测DlDCLs在体胚发生过程可能具有功能的独立和协作。DlDCL1和DlDCL2在叶片、花器官等组织部位中的相对表达量较高,暗示DlDCL1和DlDCL2可能参与到光合作用和花器官的发育;DlDCLs还受2,4-D、MeJA、SA激素和光质诱导,表明DlDCLs可能参与激素和光质调控。     

龙眼体胚发生过程生长素响应因子DlARF5a的克隆及表达分析

以龙眼松散型胚性愈伤组织为材料,采用RT-PCR和RACE技术克隆获得生长素响应因子ARF5acDNA全长序列,利用实时荧光定量法检测其在龙眼体胚不同发育时期的转录水平,并将其与绿色荧光蛋白(GFP)构建成亚细胞定位载体侵染洋葱表皮细胞。结果表明:龙眼ARF5a(命名为DlARF5a,GenBank登录号为KF739401)的cDNA序列全长为3 322bp,其中开放阅读框为2 829bp,212bp 5′非编码区,258bp 3′非编码区,编码942个氨基酸。生物信息学预测显示,DlARF5a编码蛋白具有B3、Auxin-resp和AUX-IAA保守区与结构功能域,中间区域富含谷甘氨酸、丝氨酸和亮氨酸,是一个定位于细胞质的具有促进转录活性功能的水溶性蛋白。系统进化树分析表明,该基因编码的氨基酸序列与大豆的亲缘关系最近。qRT-PCR检测显示,DlARF5a在龙眼球形胚和鱼雷形胚时期表达显著增强,而在6个发育阶段中子叶形胚的表达量最低,推测DlARF5a参与龙眼体胚中鱼雷胚时期的形态建成。共聚焦显微镜观察结果显示,未添加外源生长素IAA的DlARF5a蛋白定位于细胞质中,而经外源生长素处理的DlARF5a蛋白在细胞膜、细胞质和细胞核中均有表达,推测龙眼生长素响应蛋白DlARF5a能够响应外源生长素IAA而改变其在细胞中的空间位置。     

龙眼体胚发生早期SAUR 63/64基因克隆及表达分析北大核心CSCD

SAUR(small auxin up-regulated RNA)是一类生长素早期响应基因,与植物的生长发育密切相关。为揭示SAUR 63和SAUR 64在龙眼体胚发生早期的调控作用,该研究采用TA克隆龙眼SAUR 63和SAUR 64基因,对其进行亚细胞定位、qRT-PCR表达分析和荧光原位杂交分析验证。结果显示:(1)龙眼SAUR 63和SAUR 64序列长度分别为386 bp和312 bp;系统发育树显示SAUR63、SAUR64与拟南芥亲缘关系较近;亚细胞定位结果显示SAUR63蛋白定位在细胞核与细胞外基质,SAUR64蛋白定位在叶绿体。(2)预测发现SAUR 63和SAUR 64同时作为LTCONS_00038949、LTCONS_00038950及LTCONS_00038952(lnc38949、lnc38950及lnc38952)的靶基因。(3)qRT-PCR检测发现SAUR 63、SAUR 64与3个lncRNAs均在不完全胚性紧实结构阶段高表达;SAUR 63与3个lncRNAs在100和500μmol·L^(-1)赤霉素(GA 3)处理下上调表达,且在500μmol·L^(-1) GA 3时表达量达到峰值;SAUR 63、SAUR 64、lnc38949和lnc38950均在35℃处理下被显著诱导表达,而lnc38950在35℃下受到抑制;此外,SAUR 63、SAUR 64和3个lncRNAs还响应SA、MeJA、盐胁迫和干旱胁迫的调控。(4)荧光原位杂交结果显示,SAUR 63与lnc38949均没有定位在合子胚特定部位,且lnc38949表达量高于SAUR 63。研究表明,SAUR 63、SAUR 64基因可能受到lncRNAs的调控,共同参与龙眼体胚发生早期的调控。     

龙眼体胚CDC48基因的克隆、原核表达及其在体胚发生过程中的表达分析

为探讨龙眼(Dimocarpus longan)体胚CDC48基因的表达方式,采用RT-PCR和RACE方法,从龙眼胚性愈伤组织中克隆得到1条长度为2620 bp、含有完整开放阅读框的DlCDC48基因cDNA序列(GenBank登录号:EU606206)和长度为2418 bp的DNA序列(GenBank登录号:FJ590953)。DlCDC48编码1个含有805个氨基酸的蛋白质。DlCDC48基因不含内含子。生物信息学分析表明:DlCDC48蛋白为不具跨膜结构域的亲水性胞质蛋白,不具有信号肽,定位在细胞核;与其他植物的CDC48有较高的同源性。将DlCDC48基因构建成原核表达载体,经IPTG诱导表达了1个分子量约为89 kD的蛋白。利用实时荧光定量PCR(qPCR)技术,DlCDC48在龙眼体胚发育过程中的各个阶段均有表达,其中球形胚时的表达量最低,胚性紧实球形结构阶段的表达量最高。这为进一步研究CDC48基因在植物体胚发生中的作用奠定基础。     

龙眼DCL家族基因的启动子分析及时空表达

为了解龙眼DCL基因的功能,该试验对龙眼基因组数据提取的DlDCL1、DlDCL2、DlDCL3和DlDCL4基因序列进行启动子顺式作用元件及其受miRNA调控的分析;并以龙眼胚性愈伤组织为材料,研究了DlDCLs不同基因成员在非生物胁迫和外源激素处理下的表达情况。结果显示:(1)龙眼DCL基因启动子中除了TATA和CAAT外,还具有大量的光反应元件、激素应答元件、胁迫响应元件、组织特异性调控元件及植物生长发育相关的顺式调控元件,提示龙眼DCL基因启动子转录活性可能受到光、激素信号及逆境胁迫因素的诱导。(2)对调控龙眼DCL基因的miRNA进行筛选,结果显示DlDCL1受miR162和miR1024调控,DlDCL4受miR390和miR396调控。(3)实时荧光定量PCR显示,在一定浓度范围内,外源激素GA3、ABA和ETH均能下调DlDCLs基因的表达,而高浓度ETH处理则显著上调DlDCLs的表达。(4)高浓度蔗糖(6%)处理时DlDCL2、DlDCL3和DlDCL4显著上调表达,而低浓度(0.1%)处理时DlDCL1显著上调表达;不同温度处理下,DlDCL1在34℃时显著上升,DlDCL3随着温度的提高相对表达量逐渐减低;而DlDCL2和DlDCL4表达量差异不明显;NaCl胁迫处理下,DlDCLs在1h处理时表达量下调,但在其他不同时间点则上调表达。研究表明,龙眼DCL基因在外源激素及非生物胁迫处理下,并非是简单的一对一响应,而是存在较为复杂的响应机制。     

龙眼体细胞胚胎发生过程中DlWUS的克隆与表达分析

以龙眼‘红核子’LC2悬浮细胞系诱导的胚性愈伤组织为基本材料,按照龙眼体细胞胚胎同步化方法诱导获得龙眼体胚不同阶段材料,并以龙眼体细胞胚胎发生不同阶段混合材料作为试验材料,采用RT-PCR结合RACE技术分离并克隆龙眼中编码同源异型结构域蛋白的转录因子WUSCHEL(简称DlWUS)的cDNA全长及DNA序列,并进行序列分析与表达分析。结果表明:DlWUS的cDNA全长1 110bp,开放阅读框(ORF)858bp,共编码285个氨基酸(GenBank登录号为KM017506),DlWUS的DNA包含2个内含子。序列分析表明,DlWUS是一个不稳定的亲水蛋白,不含信号肽,亚细胞定位于细胞核,具跨膜结构和Homeodomain超级家族的保守结构域以及WUS转录因子家族特有的WUS box和EAR-like结构域,推测该目的基因确实为WUS转录因子。系统进化分析显示,龙眼DlWUS与脐橙WUS归为一个分支,亲缘关系较近。实时荧光定量PCR分析结果表明,在龙眼体细胞胚胎发生整个过程中,DlWUS均有表达,但仅在球形胚时期表达量较高,说明DlWUS可能主要在球形胚阶段发挥作用,并且在一定浓度范围内,外源施加IAA和GA3能够促进DlWUS基因的表达,而外源施加SA则抑制DlWUS基因的表达。     

龙眼体胚发生过程中DlAGO4基因的克隆及表达分析

该研究基于龙眼基因组数据库,采用RT-PCR技术,以‘红核子’品种龙眼松散型胚性愈伤组织cDNA为模板,进行龙眼胚性愈伤组织DlAGO4基因的克隆和生物信息学分析,并采用实时荧光定量技术分析其在龙眼体细胞胚胎发生不同阶段、不同组织部位、激素和非生物胁迫处理以及5-氮胞苷(5-azac)处理的表达模式。结果表明:(1)DlAGO4基因cDNA全长为3 425 bp,包含开放阅读框长度为2 781 bp,编码926个氨基酸。(2)生物信息学分析表明,DlAGO4蛋白为碱性亲水非分泌蛋白,含有AGO经典的保守结构域PAZ和Piwi,与克莱门柚CcAGO4的同源性最近,含有85个磷酸化位点和2个糖基化位点;亚细胞定位预测其最可能定位于细胞核;MicroRNA预测显示,DlAGO4基因受到4个miRNA靶向调控。(3)qRT-PCR结果表明,DlAGO4在龙眼球形胚阶段和种子中相对表达量最高;激动素、水杨酸、NaCl、甘露醇、PEG-4000和ABA处理均能促进DlAGO4基因的表达,而2,4-D和MeJA处理抑制其表达;不同浓度的5-azac处理1 d和3 d抑制DlAGO4的表达,但从处理第6天开始该基因呈上调表达,并于处理第12天相对表达量最高。研究认为,DlAGO4基因可能参与龙眼球形胚和种子的转录调控,且可能参与KT、SA的激素信号转导途径和NaCl、甘露醇、PEG-4000、ABA的逆境胁迫响应途径以及DNA甲基化调控机制。