跨损伤合成的DNA聚合酶——一类新的DNA聚合酶

细胞虽然拥有多种修复途径,但有些DNA损伤仍不可避免地会逃避修复而在基因组上保留下来,细胞跨损伤DNA合成的分子机制一直是DNA修复中主要的未解决问题之一.最近通过对一类结构相关性UmuC/DinB蛋白质超家族成员的研究发现它们具有DNA聚合酶功能.这类新发现的DNA聚合酶不同于经典的复制性DNA聚合酶,它们能以易误/突变(error-prone/mutagenic)或无误(error-free)方式进行跨损伤(translesion)DNA合成,并且从细菌到人在进化上功能保守.     

哺乳动物跨损伤DNA聚合酶Polκ研究进展

跨损伤DNA合成(translesion DNA synthesis,TLS)是细胞应答DNA损伤时的一种耐受机制,它利用特异的低保真度的DNA聚合酶直接在损伤的对面合成DNA,使复制得以延续.TLS分为无错旁路和易错旁路两种途径,其中易错旁路途径是DNA损伤诱发基因组突变的主要机制.另外TLS也与肿瘤细胞耐药性相关.在体内执行TLS功能的DNA聚合酶主要是DNA聚合酶Y家族的成员,其中包括聚合酶kappa(Polκ).就TLS的特性,哺乳动物Polκ的结构及催化活性、表达及调控、蛋白质相互作用及其在TLS中可能的调控机制和体内功能等方面做一阐述.     

DNA聚合酶Polι的研究进展

Y家族DNA聚合酶是一种跨损伤复制酶,即能以损伤的DNA为模板进行复制。Y家族DNA聚合酶广泛分布生物界,人类细胞中Y家族DNA聚合酶至少包括Rev1、Polκ、Polι、Polη四种,Polι在以DNA为模板进行复制时错配率很高而不同于其他跨损伤DNA聚合酶,Polι是目前发现的所有DNA聚合酶中保真性最低的DNA聚合酶。很高的错配率导致很高的突变率,最后基因的突变导致癌症的发生,因此Polι在各个国家被广泛的研究,并且对Polι的各个不同的特性进行了研究,取得了一系列成果,现对Polι的研究进展予以综述,并展望了未来的研究趋势。     

DNA聚合酶Polι的研究进展

Y家族DNA聚合酶是一种跨损伤复制酶,即能以损伤的DNA为模板进行复制。Y家族DNA聚合酶广泛分布生物界,人类细胞中Y家族DNA聚合酶至少包括Rev1、Polκ、Polι、Polη四种,Polι在以DNA为模板进行复制时错配率很高而不同于其他跨损伤DNA聚合酶,Polι是目前发现的所有DNA聚合酶中保真性最低的DNA聚合酶。很高的错配率导致很高的突变率,最后基因的突变导致癌症的发生,因此Polι在各个国家被广泛的研究,并且对Polι的各个不同的特性进行了研究,取得了一系列成果,现对Polι的研究进展予以综述,并展望了未来的研究趋势。     

栖热菌属热稳定DNA聚合酶

ＤＮＡ聚合酶是能够以ＤＮＡ或ＲＮＡ为模板 ,在寡核苷酸或蛋白质引物的引导下催化合成ＤＮＡ的一类酶 ,已经分离纯化的有上百种 ,其中有半数已经被克隆和测序。它们之间在ＤＮＡ序列、氨基酸序列、二、三级结构方面有较高的同源性 ,且与ＲＮＡ聚合酶和反转录酶之间也有不同程度的同源性[1～ 4] 。1　ＤＮＡ聚合酶的分类ＤＮＡ聚合酶有许多不同的类群 ,如很小的 (3 9ｋＤａ) ,来自哺乳动物的修复性单亚基ＤＮＡ聚合酶 ,巨大的 (可高达 90 0ｋＤａ)、多亚基(可达 2 0多个亚基 )的复制性ＤＮＡ聚合酶 (如Ｅｃｏ聚合酶Ⅲ )。有些ＤＮＡ聚合酶则…     

应用反义技术研究DNA聚合酶ε在HeLa细胞DNA复制中的功能

我们应用以义技术,结合Ｌｉｐｏｆｅｃｔｉｎ导入和ＧＰＴ筛选方法,研究了ＤＮＡ聚合酶ε在ＨｅＬａ细胞ＤＮＡ复制过程中的功能,针对ＤＮＡ聚合酶ε和α的反义寡核苷酸都能够专一地抑制ＨｅＬａ细胞的ＤＮＡ合成。首镒直接证明了ＤＮＡ聚合酶ε在哺乳动物细胞的ＤＮＡ复制过程中具有重要作用。．     

聚合酶的交换

在大肠杆菌DNA复制过程中,DNA聚合酶（pol）Ⅲ在遭遇损伤时可以导致全酶活动停止。此时参与跨损伤合成（TLS）的聚合酶,诸如聚合酶Ⅳ,便取而代之,绕过这些坏点,使正常复制得以继续。但是人们还不清楚,当停止活动的pol Ⅲ占据启动子部位时,TLS是如何接近此处的。在本文中,作者提出阐述这种情况的一个模式,     

Sulfolobus acidocaldarius DNA聚合酶IV跨越损伤合成能力的酶学特征

[目的]以嗜酸嗜热硫化叶菌Sulfolobus acidocaldarius的DNA聚合酶IV （Saci_0554）为例,表征其跨越模板上损伤碱基的DNA合成效果。[方法]将DNA聚合酶IV （SacpolIV）在大肠杆菌中进行重组表达,经亲和层析纯化得到SacpolIV蛋白;利用人工合成的带有不同损伤的寡核苷酸片段作为模板DNA,用尿素变性聚丙烯酰胺凝胶电泳技术,鉴定SacpolIV在体外跨越各种损伤碱基进行跨损伤合成的催化能力。[结果]SacpolIV重组蛋白能够不同程度地跨越嘌呤和嘧啶损伤,跨越能力的高低取决于损伤碱基与正常碱基形成氢键的能力。本研究还发现,SacpolIV能够在DNA链中掺入核糖核苷酸,但掺入核糖核苷酸的效率低于脱氧核糖核苷酸。[结论]本研究证实SacpolIV具有很强的跨越损伤合成能力,能够跨越多种氢键配对能力减弱的损伤碱基,为其在细胞内的跨越损伤合成功能提供了生化证据。     

聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶1功能与其抑制剂的作用及耐药机制

聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶1(poly ADP-ribose polymerase-1,PARP1)是细胞中重要的修饰酶,其最广为人知的作用是通过自身PAR修饰,募集以XRCC1为首的多种DNA损伤修复效应蛋白质,参与DNA单、双链损伤修复。PARP1还能通过促进复制叉停滞与核小体解聚,为DNA损伤修复提供有利条件,维持基因组稳定性。近年来,除DNA损伤修复方面的作用,还发现PARP1能影响细胞凋亡、自噬与炎症通路,与神经退行性疾病的发生发展密切相关。而PARP抑制剂(PARP inhibitor,PARPi)是一种靶向PARP1,与细胞同源重组(homologous recombination,HR)缺陷表型共同作用,产生合成致死效应的抗肿瘤药物。该药物可捕获PARP1并抑制其活性,一方面直接干扰PARP1参与的DNA损伤修复通路,另一方面也抑制了PARP1介导的DNA损伤修复通路选择和复制叉停滞,使细胞基因组不稳定。然而,在临床治疗中常发现肿瘤细胞对PARPi不敏感。肿瘤细胞对PARPi耐药与自身基因突变高度相关,这些基因分别作用于细胞HR修复途径、PARP1循环途径、复制叉稳定性和药物主动外排等方面,在耐药肿瘤患者中确定具体的突变位点,将为临床治疗提供帮助。本文旨在对PARP1的功能作一综述,并重点介绍PARPi的作用机制和与肿瘤耐药相关的突变基因及其耐药机制,以期加深对细胞中PARP1介导的DNA损伤修复通路的认识,并为将来的临床治疗提供新思路。     

DNA聚合酶iota在HEK-293细胞中高表达体系的建立

目的:将带有DNA聚合酶iota(DNA Polymerase iota,Polι)目的基因的真核表达质粒PCDNA3.1转入HEK-293细胞,建立DNA聚合酶iota在HEK-293细胞中的高表达体系,为进一步研究DNA聚合酶在DNA损伤修复中的生物学功能奠定了基础.方法:用脂质体2000(Lipofectamine2000)将带有目的基因的真核表达质粒PCDNA3.1转入HEK-293细胞,通过G418筛选抗性克隆,用一步法提取细胞总RNA,采用逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)技术检测出高表达克隆.结果:通过G418筛选筛选出了具有G418抗性的克隆,通过RT-PCR技术检测出高表达DNA聚合酶iota的HEK-293细胞系.结论:建立了高表达DNA聚合酶iota的HEK-293细胞系.为进一步研究DNA聚合酶在DNA损伤修复中的生物学功能奠定了基础.     

RNA聚合酶监视的DNA修复机制

生物体在正常生命过程中面临内/外因来源的DNA损伤,DNA损伤不仅影响基因正确复制,也阻碍其正常转录. 为避免DNA损伤带来的灾难性后果,生物体进化出一整套修复机制,以保证复制和转录的正确性、基因组的完整性和遗传的稳定性. 本文重点综述了RNA聚合酶监视（RNA polymerase-surveilled,RNAP-S）的DNA修复机制. 首先从RNA聚合酶（RNA polymerase,RNAP）的结构出发介绍了RNAP对DNA损伤的感知机制;其次讨论了滞留RNAP的回溯、与其模板DNA的解离以及后续修复机制的启动,真核细胞科凯恩综合征B蛋白（Cockayne syndrome protein B,CSB）及其泛素化和8-氧代鸟嘌呤DNA糖基化酶1（8-oxoguanine DNA glycosylase1,OGG1）介导的RNAP-S修复;最后探讨了RNAP-S损伤修复的生物学意义并展望其前景.     

DNA的紫外线损伤与修复

ＤＮＡ的紫外线损伤与修复张海赖兵（北京大学生命科学学院生物化学及分子生物学系,北京市１００８７１）ＤＮＡ的损伤是指在外界因素作用下,ＤＮＡ的结构发生变化,ＤＮＡ损伤通过转录,翻译的产物———ＲＮＡ与蛋白质,来作用细胞,并影响其代谢。为了防止ＤＮＡ损伤...     

人源DNA聚合酶δ研究进展

在真核生物染色体DNA复制过程中主要涉及三种DNA聚合酶:α(Polα),δ(Polδ)和ε(Polε)。人源DNA聚合酶δ是p125,p68,p50,p12四个亚基构成的异源四聚体,属于DNA聚合酶B家族,具有5’-3’聚合酶催化活性和3’-5’核酸外切酶活性,是染色体DNA复制过程中最主要的复制酶,同时还参与多种形式的损伤修复,在保证基因组结构的完整性和遗传稳定性方面具有重要的意义。由于其重要的生物学功能,目前引起人们更多的关注和重视。对人源DNA聚合酶δ的分离纯化方法及涉及DNA复制和损伤修复过程中酶学功能等方面的最新研究进展进行综述。     

受PCNA翻译后修饰调控的DNA损伤耐受机制

为了应对DNA损伤复制阻滞,增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen,PCNA)164位点的赖氨酸残基能够发生一系列的泛素化修饰并介导两种不用的损伤耐受机制,即DNA跨损伤合成(TLS)和无错耐受通路。目前,单泛素化的PCNA介导DNA跨损伤合成通路,而多泛素化的PCNA介导无错耐受通路这一观点已被普遍认可。另外,PCNA的164位点还能被泛素类似物小蛋白(SUMO)修饰,从而抑制DNA双链断裂重组。总结PCNA的翻译后修饰及其在DNA损伤应答过程中的作用机制,有助于我们了解PCNA在DNA损伤耐受机制中的中心作用。重点总结PCNA的翻译后修饰如何调控真核生物DNA损伤应答的不同途径。     

DNA连接酶的结构与功能

在ＤＮＡ合成中 ,合成方向为 5′→ 3′ ,即一条链上是连续复制的 ,而另一条链的复制是不连续的 ,必须先合成岗崎片段 (真核细胞的岗崎片段为 10 0ｂｐ ,原核细胞的为 10 0 0ｂｐ)。ＤＮＡ连接酶的作用就是催化岗崎片段的连接以完成ＤＮＡ的合成。另外 ,ＤＮＡ连接酶在ＤＮＡ修复过程中也起重要作用 ,如在切除修复中 ,切除损伤的ＤＮＡ片段 ,以未受损伤的链作为模板合成一条新的ＤＮＡ链后 ,ＤＮＡ连接酶将新合成的ＤＮＡ链与原来的ＤＮＡ链之间的缺口封闭完成ＤＮＡ的修复。ＤＮＡ链未封闭的缺口对细胞具有潜在的危险性 ,所以 ,ＤＮＡ连接…     

毛细血管扩张性共济失调突变蛋白在细胞凋亡过程中被Caspase┐3降解

新近的研究揭示：ｃａｓｐａｓｅ蛋白酶在细胞凋亡中起着死亡执行者的重要功能．一些蛋白相继被证明在细胞凋亡中可被ｃａｓｐａｓｅ特异切割,其中参与ＤＮＡ损伤修复过程的聚ＡＤＰ核糖聚合酶（ＰＡＲＰ）以及ＤＮＡ依赖的蛋白激酶（ＤＮＡ－ＰＫ）,在细胞凋亡过程中被ｃａｓｐａｓｅ选择性切割具有特殊的功能意义．为探索与ＤＮＡ－ＰＫ催化亚基有较高同源性,含有ｃａｓｐａｓｅ切割位点,且功能上目前也被认为是感受ＤＮＡ损伤和参与信号传导途径的ＡＴＭ（Ａｔａｘｉａｔｅｌａｎｇ－ｉｅｃｔａｓｉａｍｕｔａｔｅｄ）蛋白,是否在凋亡过程中也可被切割而降解？应用体外转录与翻译系统获得ＡＴＭ蛋白的ＰＩ３Ｋ结构域,同时通过建立无细胞反应体系获得含ｃａｓｐａｓｅ活性的细胞抽提液,将两者在体外共同保温．结果发现：ＡＴＭ蛋白与ｃａｓｐａｓｅ－３能免疫共沉淀,ＡＴＭ蛋白的ＰＩ３Ｋ结构域可被ｃａｓｐａｓｅ－３特异切割,并观察到辐射诱发细胞调亡中ＡＴＭ蛋白的降解．从而进一步证实了ＤＮＡ损伤修复的抑制,促进细胞凋亡的发生．     

真核细胞DNA聚合酶

近年来,真核细胞ＤＮＡ体外复制模型的建立及蛋白纯化技术的提高,ＤＮＡ聚合酶基因的克隆,真核细胞ＤＮＡ聚合酶研究取得了很大进展。     

DNA合成的忠实性机制

DNA的忠实性合成对于基因组稳定和物种延续至关重要,否则可能会产生严重的后果。DNA合成具有极高的忠实性,这主要基于3个步骤:(1)基于氢键、碱基对构象或其他因素的核苷酸选择;(2)基于3′→5′外切酶活性的校对,方式有顺式校对和反式校对,可以去除错误掺入的核苷酸;(3)基于错配修复、切除修复、同源重组修复和跨损伤DNA合成的修复过程,可以纠正逃过校对的错误核苷酸。由于DNA聚合酶不仅可以作为抗病毒或抗癌药物的靶标,而且其忠实性还与抗药性或药物副作用有关,所以深入研究DNA合成的忠实性具有非常重要的意义。文章主要论述了DNA合成的忠实性机制,并对DNA聚合酶的应用前景做了展望。     

动物细胞DNA聚合酶的研究新进展

本文主要介绍动物细胞中四种依赖于DNA的DNA聚合酶(简称DNA聚合酶)的结构、功能及其在DNA复制和修复作用中的研究现状。     

PHA刺激对淋巴细胞修复DNA损伤的影响

本文报道PHA刺激对淋巴细胞DNA修复的影响的实验结果。以254nm波长的UV照射细胞(30J/m~2)引起DNA损伤,以[~3H]-TdR掺入实验测定非程序DNA合成,用超微量法测定细胞的NAD~+含量,并以[~(35)S]-蛋氨酸掺入,聚丙烯酰胺凝胶电泳及放射自显影术测定蛋白质生物合成,其结果如下: (1)在被PHA转化的淋巴细胞内非程序DNA合成,随PHA刺激的时间加长而增高;PHA处理淋巴细胞42小时,合成的速率约增加4倍;(2)在转化的淋巴细胞内,非程序DNA合成及程序DNA合成都被N-乙基马来酰亚胺(一种DNA聚合酶α的抑制剂)抑制,表明在DNA修复过程中DNA聚合酶α可代替DNA聚合酶β发挥作用; (3)UV照射后,被PHA刺激的淋巴细胞内NAD~+含量大约减少43.2％,而对照淋巴细胞内NAD~+的含量只减少25％,似乎说明PHA刺激能促进淋巴细胞内的P-ADP-核糖化作用;(4)在受PHA刺激72小时的淋巴细胞内有多种蛋白质合成,这些细胞在UV照射后以含10μg/ml嘌呤霉素的培养基培养,则非程序DNA合成被明显抑制(P<0.01),这提示DNA修复是一需要蛋白质合成的过程。此外,在受UV照射后10-45小时的淋巴细胞内,诱导产生一种分子量大约34000道尔顿的蛋白质。 上述结果表明,当PHA使淋巴细胞从静止状态转化为增殖状态时,有多种酶被诱导。由于这些酶,如DNA聚合酶α及P-ADP-核糖聚合