人工转录因子研究进展

转录因子是真核表达调控中非常重要的一类反式作用因子,通常由DNA结合结构域与效应结构域两部分组成,研究发现这两个结构域可以各自独立发生作用。基于转录因子的这种结构特点,可以人为地选择针对特定序列的DNA结合结构域与具有特定作用的效应结构域构建人工转录因子。目前人工转录因子的DNA结合结构域多为C₂H₂ 型锌指结构,每一个锌指单元由大约30个氨基酸组成,识别DNA双螺旋大沟中相连的3bp序列,并可通过氢键作用与相应的碱基结合;多个锌指可以串联成簇,从而识别并结合较长的DNA序列区域。常见的人工转录因子的效应结构域有激活结构域以及抑制结构域,不同的效应结构域赋予人工转录因子不同的功能。目前人工转录因子已经在基础研究、药物设计以及基因治疗等领域得到了广泛的应用。     

锌指蛋白的设计及其应用

人工设计的锌指蛋白一般包括两个结构域：DNA结合结构域和效应结构域。DNA结合结构域主要采用对DNA序列特异性识别结合的C2H2型锌指结构域,而功能结构域常常采用某些转录激活结构域、转录抑制结构域或某些酶的活性结构域。这样进行设计的锌指蛋白就可以在特定的核酸序列上行使相应的功能,这对于目的基因的表达调控及蛋白质与核酸的相互作用研究提供了新的思路。     

Zif268的锌指DNA结合区在大肠杆菌中的功能性表达

锌指蛋白是最大的蛋白家族,是识别核酸最常见的、最有效的结构元件。通过选择合适的表达载体及诱导表达条件,实现了小鼠转录因子Zif268的锌指DNA结合区在大肠杆菌中的部分可溶性表达。凝胶迁移率移动试验证实纯化的可溶部分锌指DNA结合区可以特异性识别、结合其天然靶序列,提示锌指DNA结合区在大肠杆菌中得到了功能性表达。锌指DNA结合区在大肠杆菌中的功能性表达成功为锌指蛋白DNA相互作用的胞内遗传筛选模型的建立奠定了基础。     

人造锌指蛋白的应用

C2H2锌指是真核细胞中最常见的DNA结合模体。由于C2H2锌指域靶位点特异性与结构和功能的模块性构成,使得C2H2锌指域成为构建特定的DNA结合蛋白的常用骨架。保持C2H2锌指的基本骨架不变,替换锌指特定位点的氨基酸残基,并融合表达其他功能域就可以得到具有靶向性的人造锌指蛋白(ZFP)。ZFP可以介导靶基因的转录调控,抑制或激活特定基因的表达与配体依赖的靶基因激活或抑制;对DNA进行修饰,如人造限制性内切酶,重组酶,整合酶;抗病毒感染等。因此,人造锌指蛋白应用前景广阔,研究价值显著,是未来人类基因治疗的革命性的工具。     

人工转录因子促进外源基因在CHO细胞中的高效表达

以酵母转录因子GAL4中1-147位氨基酸序列为构建人工转录因子的DNA结合结构域,单纯疱疹病毒转录激活子VP16中12肽(DALDDFDLDMLG)的4个串联重复作为人工转录因子的功能结构域,用SV40的核定位序列(NLS)将两部分连接起来,构建了人工转录因子GVP4并将其克隆进入表达载体pcDNA3·1/Hygro( )中。将不同长度的人工转录因子结合序列构建在外源基因表达载体pcDNA3·1( )启动子CMV的上游,分别连接外源基因EGFP和tPA。用表达人工转录因子和外源基因的载体共转染CHO细胞,EGFP和tPA在含不同数量人工转录因子结合位点表达载体pcDNA3·1( )转染的CHO细胞中的表达水平呈现不同程度的提高。其中,以引入10个人工转录因子结合位点的表达载体的效果最明显,EGFP和t-PA的表达效率均提高2~3倍。结果表明,人工转录因子能有效地促进外源基因在哺乳动物细胞中的表达。     

锌指蛋白及人工锌指蛋白对微生物代谢影响的研究进展

锌指蛋白由于锌指结构域序列相对保守,识别DNA序列具有高度特异性,所以成为研究较广泛的DNA结合蛋白,但目前对锌指蛋白的研究多集中在真核细胞,而对微生物锌指蛋白,尤其是原核微生物锌指蛋白的研究相对较少。本文综述了近年来微生物锌指蛋白,尤其是原核微生物锌指蛋白的发现及功能的最新研究进展,以及人工锌指蛋白技术在微生物菌株改造中的应用。特定人工锌指蛋白不仅可调控微生物细胞中多基因控制的复杂性状,例如耐热性、乙醇和丁醇耐性、渗透胁迫耐受性等,还可以利用锌指结构域构建DNA脚手架系统,进而构建复合酶系统,从而提高催化效率和代谢物产量。目前报道的用于微生物代谢调控的人工锌指蛋白利用的都是哺乳动物的基因,未来根据不同微生物中天然锌指蛋白的序列进行人工锌指的设计,将拓展人工转录因子技术在微生物全局基因表达调控中的应用。     

锌指蛋白结构及功能研究进展

锌指蛋白是一类具有手指状结构域的转录因子,对基因调控起重要的作用。根据其保守结构域的不同,可将锌指蛋白主要分为C2H2型、C4型和C6型。锌指通过与靶分子DNA、RNA、DNA-RNA的序列特异性结合,以及与自身或其他锌指蛋白的结合,在转录和翻译水平上调控基因的表达。我们简要综述了近年来锌指蛋白结构、分类及其与核酸及蛋白质相互作用等方面的研究进展。     

真核生物中锌指蛋白的结构与功能

真核生物中的许多蛋白质分子包含锌指结构区,这类蛋白称为锌指蛋白.锌指蛋白因其包含特殊的指状结构,在对DNA、蛋白质和RNA的识别和结合中起重要作用.许多锌指蛋白的锌指结构域包含能与DNA特异结合的区域,并与某些效应结构域（如KRAB、SCAN、BTB/POZ、SNAG、SANT和PLAG等）相连,这类锌指蛋白常作为转录因子起作用,可调控靶基因的转录.一些锌指蛋白包含蛋白质识别结构域（如LIM锌指、MYND锌指、PHD锌指和RING锌指等）,它们能够特异地介导蛋白质之间的相互作用,因此被称作蛋白适配器.此外,某些锌指蛋白还可以结合RNA,起转录后调控作用.本文就锌指蛋白与DNA、RNA以及蛋白质分子间的相互作用作一综述.     

哺乳动物抑制型转录因子及启动子对的全新设计与构建

转录因子及启动子是基因回路的基础。相较于原核启动子,真核启动子作用机制复杂,增加了全新设计与改造的难度。目前有限数量的真核转录因子及启动子成为在哺乳动物细胞中设计并实现复杂基因回路以满足各类临床或工业应用需求的瓶颈。文中介绍了基于能够结合特定DNA序列的DNA结合结构域,通过柔性连接肽连接到转录抑制模块KRAB,构建抑制型转录因子以及通过在SV40启动子下游插入结合序列构建对应启动子的方法。而后,在哺乳动物细胞系中通过流式细胞术对其抑制转录的强度、不同转录因子及启动子对之间的正交性进行了测定。文中提供了一套标准化的、可调节的转录因子及启动子的全新设计与构建方案。基于该方案所构建的5对抑制型转录因子及启动子对能够在哺乳动物细胞中起到不同程度的抑制效果且相互正交。文中构建的哺乳动物转录因子及启动子对扩充了哺乳动物生物元件库,为构建复杂真核基因回路打下了基础;运用该设计方法能够根据需求构建更多正交的人工转录因子及启动子对。     

TALEN技术发展速度加快

6年前ZFN（锌指核酸酶）技术开始普及,3年前TALEN（转录激活子样效应因子核酸酶）技术崭新登场。从苍蝇开始,不断向线虫、人体干细胞、鱼类、植物和动物领域推广。基因组编辑效率不断提高。基因组编辑是指在基因组的特定部位编辑碱基序列信息,越来越受到重视。能够识别目标DNA碱基序列并切断双链DNA的人工核酸酶技术使得基因组编辑成为可能。     

哺乳动物锌指蛋白家族中KRAB功能域的进化

KRAB锌指基因是哺乳动物中最大的转录调控因子家族,它的多数成员在基因组上成簇分布,具有五种不同的亚家族,在功能行使上承担着不同的作用。本文通过对人类、黑猩猩、小鼠、大鼠和狗五种哺乳动物全蛋白质组序列及mRNA组织表达谱分析,验证了C2H2锌指结构在单个KRAB蛋白质中出现的数目多于一般锌指蛋白质;KRAB功能域在各物种中分布显著不同且与分化时间不成正比,这表明KRAB相关功能域多样性在灵长类进化过程中潜在的适应性进化。同时,提出KRAB亚家族进化的路线：即KRAB—Aa为起始家族,Ba由Aa直接演变形成,而Ca,blonga和XRCC-Z种亚型可能经过Ba或直接从Aa演变形成;此外,锌指结构在单个蛋白质中出现个数伴随KRAB功能域自身的进化路线逐渐递增,反映了KRAB功能域在形成新转录调控因子方面的积极作用。