线粒体疾病小鼠模型的建立及病理生理学研究

线粒体疾病是机体ATP合成障碍、供能不足引起的多系统疾病。近十年来,随着线粒体疾病小鼠模型的不断建立和完善,发现核DNA（nuclear DNA,nDNA）或（和）线粒体DNA（mitochondrial DNA,mtDNA）突变造成线粒体氧化磷酸化功能缺陷是其发病的主要原因。将着重介绍线粒体氧化磷酸化功能缺陷导致线粒体疾病的小鼠模型的建立及其病理生理学特点。     

IKBKB基因c.1183T>C点突变小鼠的建立及基本表型分析

该研究主要为探究IKBKB基因c.1183TC位点突变对人免疫器官淋巴细胞的影响。采用CRISPR/Cas9技术构建相应点突变模式小鼠,并提取小鼠(C57BL/6J)基因组DNA进行PCR及一代测序、鉴定及扩繁,使用密度梯度离心法提取小鼠脾脏及胸腺淋巴细胞,采用Real-time PCR及Western blot检测淋巴细胞中IKKs家族各亚基(IKKα、IKKβ和IKKγ) mRNA及蛋白的表达,并使用分子运行模式(molecular operating environment,MOE)软件分析蛋白PDB结构及建立3D模型。小鼠基因测序结果表明成功构建点突变稳定基因型小鼠;与野生型小鼠相比,纯合突变小鼠IKBKB mRNA表达无明显变化,而IKKβ蛋白表达明显降低;蛋白结构分析结果提示,突变后的IKKβ蛋白空间构型明显改变。研究初步表明,IKBKB Y397H突变导致小鼠脾脏及胸腺的淋巴细胞中IKKβ蛋白明显下降,可能是由于突变导致蛋白结构发生改变而使其稳定性降低,这为进一步探究该位点突变对免疫细胞稳态调节及其致病机制提供了新思路及实验基础。     

亚油酸体系脂质过氧化引起的DNA损伤研究

用含两个双键的不饱和脂肪酸-亚油酸作为模型化合物,分析其过氧化程度,同时检测了由于脂质过氧化而引起的DNA损伤,结果表明:在脂质过氧化过程中,DNA与亚油酸过氧化产物反应生成一种荧光物质、其最大激发波长315nm最大发射波长410nm并随着氧化时间增加而增加,与此同时,双链DNA百分含量明显下降,DNA-溴乙锭复合物荧光显著降低,反映了DNA二级结构受到破坏.上述结果揭示了脂质过氧化产物在自由基引起DNA的损伤中可能起重要作用     

新一代高通量测序与稳定性同位素示踪DNA/RNA技术研究稻田红壤甲烷氧化的微生物过程

[目的]利用新一代高通量测序技术分析复杂土壤环境中整体微生物群落结构的变化规律,研究特定功能微生物生理过程的分子机制;利用稳定性同位素示踪微生物核酸DNA/RNA,研究复杂土壤中关键元素转化的微生物调控机制.[方法]针对我国第四纪红色粘土母质发育的3种稻田红壤,围绕13C-甲烷好氧氧化的微生物过程,在DNA和RNA水平高通量测序土壤微生物群落16S rRNA基因和16S rRNA,通过超高速密度梯度离心土壤微生物总核酸获得13C-标记的DNA/RNA,进一步采用克隆文库技术研究稻田红壤甲烷好氧氧化的微生物作用者.[结果]新一代高通量测序结果表明,3种稻田红壤甲烷的好氧氧化过程中,甲烷好氧氧化菌占土壤整体微生物群落的丰度显著增加,RNA水平的增幅显著高于DNA水平,能够更为灵敏地反映土壤甲烷好氧氧化的微生物过程.3种稻田红壤甲烷的好氧氧化过程中,类型Ⅰ和类型Ⅱ甲烷好氧氧化菌在湖南古市土壤中显著增加,湖南桃源土壤中类型Ⅱ甲烷好氧氧化菌增加明显,而类型Ⅰ甲烷好氧氧化菌在广东雷州土壤中增幅最大.进一步利用13C-DNA和13C-RNA分别构建pmoA基因和16S rRNA克隆文库,发现类型Ⅰ甲烷好氧氧化菌主导了湖南古市和广东雷州稻田红壤甲烷的好氧氧化过程,类型Ⅱ甲烷好氧氧化菌主导了湖南桃源稻田红壤甲烷的好氧氧化过程.[结论]新一代高通量测序技术能够在整体微生物群落水平,清楚反映复杂土壤中特定功能微生物的生理生态过程,而RNA较DNA水平的分析更为灵敏;稳定性同位素示踪微生物核酸DNA/RNA技术能够准确地揭示复杂土壤重要过程的微生物作用者.     

DNA氧化损伤的免疫组织化学研究

采用目前公认的DNA氧化损伤标志物8-OHdG的单抗,利用LSAB法研究不同年龄组BALB/C小鼠胸腺和脾脏8-OHdG的生成水平,对免疫组织在衰老过程中DNA氧化损伤的水平进行免疫组织化学研究。以探讨免疫系统的自由基损伤对衰老的影响。结果表明,在胸腺,8-OHdG^ 细胞密度随增龄而增多,并主要位于髓质区;脾脏中的阳性细胞则无明显的增龄性变化,但胸染形态却存在明显差异。本研究结果显示,衰老过程中,免疫细胞内8-OHdG含量发生改变,免疫系统受到了氧自由基的损伤。8-OHdG可作为免疫老化过程中的一种生物标志。     

甲基单胞菌甲烷单加氧酶缺陷突变株的研究

用高剂量紫外线诱变I型专性甲烷营养菌(Methylomonas sp．)761 AR菌株,获得了9个甲烷单加氧酶缺陷突变株。对其中76lAR-55突变株的进一步研究表明,此菌株完全丧失了氧化甲烷及氧化丙烯为环氧丙烷的能力,证明其甲烷单加氧酶活性存在缺陷。而其它特性如DNA内切酶谱,DNA中G+c克分子含量,可溶性蛋白电泳谱带,以及细胞内膜结构均与亲本菌株一致。     

基于CRISPR/Cas9系统和增强ssODN重组建立tau-V337M小鼠模型

利用CRISPR/Cas9基因编辑技术建立tau-V337M突变的阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)小鼠模型。通过设计和体外合成单向导RNAs(single guide RNAs,sgRNA)及单链寡核苷酸(single-stranded oligonucleotides,ssODN),将sgRNA、Cas9蛋白、ssODN注射到小鼠受精卵内,利用DNA切割和重组产生突变。为了提高重组效率,又在注射时添加Rad51蛋白。使用自然交配的雌鼠作为受体,将2细胞期的编辑胚胎进行单侧输卵管移植。研究发现通过添加Rad51蛋白可以获得较高的突变效率,在F0小鼠中获得了tau-V337M小鼠并进行扩繁,F0代tau-V337M小鼠可以将突变遗传给F1代。综上所述,本研究利用Cas9、ssODN和Rad51成功建立了首个tau-V337M基因位点突变的小鼠模型,为AD的研究和点突变模型制作提供了模型和方法基础。     

环境胁迫诱导的细胞适应性突变

细胞具有普遍的突变和进化能力, 如病原菌的抗药性、工业菌株的适应性和人体细胞的癌变等, 但是细胞的适应性突变是如何产生的呢？通过非致死性突变分析模型的建立与应用, 产生了新的适应性进化观点, 即环境胁迫诱导细胞适应性突变。这种环境诱导的细胞突变过程涉及多方面的生理调控, 包括细胞内毒性物质(如氧活性物质)积累并造成DNA损伤、DNA错配修复的活性受到抑制、胞内RpoS反应和SOS反应被激活等。这些反应使胞内高保真的DNA复制状态转变为低保真的DNA修复状态, 提高胞内突变率和重组活性。此外, 基因转录影响基因组的不稳定, 容易产生DNA损伤, 并造成局部的高突变率, 即形成了转录偶联的DNA修复与突变为基础的适应性突变观点。文章围绕环境胁迫诱导细胞突变率增加和转录偶联的DNA修复与突变这两种适应性突变分子机制, 阐述其相关的研究进展, 以期更好地理解环境条件诱导细胞发生适应性突变的过程。     

糖皮质激素受体的结构和功能

近年来已克隆出人、大鼠和小鼠糖皮质激素受体的cDNA,并利用定点突变等技术分析了受体结构和功能的关系。还利用小鼠乳腺瘤病毒、人金属硫蛋白II_A基因等详细研究了受体和DNA的相互作用,对糖皮质激素的诱导蛋白也进行了深入研究。     

EMS对D6-2转基因小鼠骨髓组织细胞内lacⅠ靶基因的诱变率和诱变谱

对D6 -2转基因小鼠骨髓组织细胞内lacⅠ靶基因的自发突变率以及甲基磺酸乙酯 (ethylmethanesulfonate ,EMS)诱发的突变率和突变谱进行了研究 .将带有lacⅠ靶基因的pSPORT1质粒通过酶切、环化和转化DH1 0B宿主菌的方式从经和未经诱变处理的D6- 2转基因小鼠骨髓组织基因组DNA中回收出来 ,lacⅠ靶基因突变体用M9/L选择性平板进行正向选择 .结果从经EMS诱变处理的小鼠基因组DNA中回收出的约 1 1 935个pSPORT1质粒中筛选到 6个lacⅠ-突变体 (EMS诱发的突变率为 5 0× 1 0 ^-5 ) ,而从对照组小鼠基因组DNA中回收出的约 1 1 6 4 9个质粒中没有检测到lacⅠ^-突变体 (自发突变率则小于 8.6× 1 0 ^-5 ) .对 6个突变体的 2个突变高发区进行了序列分析 ,共检测出 1 6个点突变 .其中 ,碱基置换突变为主要突变类型 ,占 87.5 % ( 1 4) ,其余 1 2 .5 % ( 2 )的突变为缺失突变 .在碱基置换突变中 ,颠换占6 4 % ;而转换仅占 36 % ,这既不同于用BigBlue 转基因小鼠所测到的lacⅠ基因在小鼠体内的自发突变谱 ,又不同于用穿梭载体 /哺乳动物细胞系统所测到的EMS在体外的诱变谱 .而突变发生的位点则与其他的研究报道相同 ,主要出现在CpG二核苷酸 ,占全部点突变的 45 % .这些结果表明 :( 1 )基于含 pSPORT1质粒的D6- 2转基因小鼠是一个能用于研究体内基因突变的分子机理和评估化学物质的遗传毒性作用的有效模型 ;( 2 )EMS在体内和体外的诱变特性似有本质的不同 ,但这有待于进一步的研究证实     

利用CRISPR/Cas9技术构建定点突变小鼠品系

CRISPR/Cas9技术是新近发展起来的对细胞和动物模型进行基因编辑的重要方法。本文利用DNA双链断裂(Double-strand breaks, DSBs)引起的同源重组(Homologous recombination, HR)依赖与非依赖的修复机制,建立基于CRISPR/Cas9核酸酶技术构建定点突变小鼠品系的技术体系。针对赖氨酸特异脱甲基化酶2b(Lysine (K)-specific demethylase 2b, Kdm2b)酶活关键位点对应的基因组DNA序列设计单一导向RNA(Single-guide RNA, sgRNA),通过与Cas9 mRNA共显微注射,分别得到Kdm2b基因发生移码突变的基因失活品系及关键位点氨基酸缺失的酶活突变型小鼠品系。此外,利用HR介导的修复机理,将黄素单加氧酶3(Flavin containing monooxygenases3, Fmo3)基因的sgRNA序列及对应的点突变单链寡脱氧核苷(Single strand oligonucleotides, ssODN)修复模板共注射到小鼠受精卵雄原核。对F₀小鼠基因测序分析显示,成功构建了Fmo3基因移码突变的基因敲除和单碱基定点突变的基因敲入小鼠,这些突变能够稳定遗传给子代。本研究利用CRISPR/Cas9技术,通过同源重组依赖与非依赖两种DNA损伤修复方式,成功构建了特定位点突变的小鼠品系。     

DNA损伤修复与亨廷顿病的发生机制

亨廷顿病(Huntington’s disease,HD)是一种常染色体显性遗传的神经退行性疾病,是由于亨廷顿基因(Htt)发生突变而导致的,突变的亨廷顿蛋白(mutant huntingtin,m Htt)会在胞内产生聚集引起细胞功能异常并引发神经退行.亨廷顿病的具体分子机制有多种假说,例如氧化压力、线粒体功能异常等.2017年《自然》(Nature)杂志发文认为DNA损伤修复异常是神经退行性疾病发生的共同机制.大量证据显示,DNA损伤修复在HD的发生中扮演着重要角色,Htt突变会引发多种DNA损伤以及修复通路的过度激活,HD细胞对离子辐射敏感同时存在双链断裂修复缺陷,同时Htt突变会阻碍DNA修复关键因子共济失调毛细血管扩张突变(ATM)蛋白在DNA修复中正常功能的发挥.DNA修复通路还是HD发病年龄的重要影响因素.此外,将ATM做为治疗靶点能够减轻突变Htt引发的细胞毒性以及动物模型的疾病进程.ATM还在维持细胞稳态和线粒体信号中起着关键作用,鉴于线粒体异常与HD发病的相关性,ATM作为治疗靶点的分子机制也逐渐明朗.本文着重于介绍DNA损伤修复与亨廷顿病的发生机理的研究进展,为阐明HD的发病机理,开发有效的治疗手段提供思路.     

DNA化学合成中的错误去除

在DNA的化学合成过程中,由于合成方法本身的限制,不可避免地会引入错误碱基,而在将化学合成的寡核苷酸拼装成长链DNA时,PCR反应等也会引入突变。为了得到高保真的合成DNA,必须对错误和突变进行纠正,本文介绍了能够用于纠正DNA合成过程中错误的内切核酸酶及错误结合蛋白,并介绍了它们进行错误纠正的方法,最后对这两类方法的优缺点进行了分析。     

二氧化硫体内衍生物对小鼠海马神经元DNA的损伤作用

运用单细胞凝胶电泳技术 (又称彗星实验 )研究了SO2 的体内代谢衍生物———亚硫酸氢钠(NaHSO3 )和亚硫酸钠 (Na2 SO3 )腹腔注射对小鼠海马神经元细胞DNA的损伤 .在衍生物剂量为 0 ,0 1 2 5、0 2 5 0、0 5 0 0、1 0 0 0g kg体重的染毒条件下 ,雄性小鼠海马神经元细胞DNA迁移长度分别为0 4 0、1 1 4、3 6 2、5 0 8、2 9 1 3μm ,雌性小鼠海马神经元细胞DNA迁移长度分别为 0 6 1 ,1 0 4 ,2 75 ,3 6 6 ,2 0 94 μm ,表明SO2 的体内衍生物可以引起小鼠海马神经元细胞DNA损伤 ,且随SO2 衍生物腹腔注射剂量的增加 ,DNA的损伤也加剧 .这意味着SO2 的体内衍生物具有引起哺乳动物海马神经元细胞DNA突变的潜在危险 ,表明SO2 衍生物是一种潜在的神经毒物     

Nature:骨髓微环境发生突变可导致造血干细胞异常

正白血病骨髓微环境中支持血液发育的某些DNA突变可以驱动周围造血干细胞形成白血病,来自艾默里大学温希普癌症研究所和亚特兰大儿童健康中心的研究人员在国际学术期刊Nature上公布了他们的最新研究进展。许多致癌突变都作用于细胞自身,让细胞自身生长更快。相比之下,努南综合征小鼠模型上可以观察到间接的邻近细胞效应,努南综合征是一种能够增加白血病患     

胰岛素样生长因子结合蛋白4基因敲除小鼠的建立和鉴定

[目的]用CRISPR/Cas9技术构建胰岛素样生长因子结合蛋白4(IGFBP-4)基因敲除(knock-out,KO)小鼠,以研究IGFBP-4对脑发育的影响。[方法]将IGFBP-4引导RNA和Cas9 mRNA显微注射于小鼠受精卵,繁育小鼠并观察体重和脑重改变。PCR和RT-PCR鉴定DNA和mRNA突变,Isotropic Fractionator测脑细胞总数和神经元数量,Western Blot观察NeuN表达,转棒实验测试动物行为学。[结果]KO造成了4种DNA缺失和插入突变,选择缺失GGGT致移码突变的动物进行繁育。与野生型小鼠相比,3月龄KO小鼠体重减轻了10.8%(P 0.05),整脑、皮层和小脑重量分别减轻了7.2%、6.9%和10.3%(P 0.05),小脑神经元比例和NeuN表达水平分别降低了14.3%和15.3%(P 0.05),Rotarod运动能力有所降低。[结论]用CRISPR/Cas9成功制备了IGFBP-4 KO小鼠,动物体重和部分脑区重量和神经元数量受到了影响。     

耐辐射球菌recQ双突变株的构建及逆境分析

RecQ解螺旋酶是生物有机体在进化中高度保守的SF1超级家族解螺旋酶的一个亚族,它对维持基因组的稳定性有重要的作用。耐辐射球菌野生型菌株R1有两个具有特殊结构的解螺旋酶DR1289和DR2444,运用PCR突变法克隆具有自身groEL启动子、KAT启动子与卡那霉素抗性基因、氯霉素抗性基因融合的DNA片段反向重组到基因组中,首次构建并鉴定了卡那霉素抗性完全突变株ΔDR1289,氯霉素抗性完全突变株ΔDR2444,双突变株ΔrecQ。辐射条件下和H2O2氧化压力下突变株生存率结果表明:ΔDR2444与R1存活率趋势线基本一致,而ΔDR1289和ΔrecQ双突变株较为敏感。根据上述结果推测,DR1289是一个对R1保持极端抗性的必须基因,而DR2444则是极端抗性的非必须基因。     

线粒体DNA突变与肿瘤发生的关系

线粒体DNA（mitochondrial DNA,mtDNA）是真核细胞内的核外遗传物质。事实证明,由于线粒体特殊的生物学结构与功能,和核基因（nDNA）相比,mtDNA更容易发生突变和氧化损伤。目前研究已经发现许多肿瘤组织中mtDNA结构和拷贝量发生了变化。文章主要对mtDNA突变、整合和不稳定性与肿瘤发生的关系以及可能的机理进行了综述。     

基于CRISPR/cas9系统高效编辑小鼠Galt基因

GALT基因突变是人类I型半乳糖血症的主要病因。拟通过CRISPR/cas9系统打靶小鼠Galt基因以模拟人GALT基因突变,从而为建立精准模拟I型半乳糖血症的动物模型奠定基础。首先分析了我国I型半乳糖血症GALT基因的致病突变位点,并将其定位在小鼠Glat基因上,作为小鼠Galt基因的拟突变位点,然后根据拟突变位点区域的序列设计了sgRNA导向序列,构建sgRNA表达质粒,将其与cas9表达质粒共转染小鼠3T3细胞,通过嘌呤霉素和杀稻瘟菌素筛选阳性转染细胞,提取阳性细胞基因组DNA,PCR扩增打靶位点的DNA片段,通过TA克隆测序鉴定基因编辑情况并分析编辑效率。结果表明,3个sgRNA导向序列均可以通过CRISPR/Cas9系统高效编辑小鼠Galt基因,编辑效率为100%。     

DNA羟甲基化在小鼠胚胎干细胞中的研究进展

简要总结DNA羟甲基化在小鼠胚胎干细胞(mouse embryonic stem cells,mESC)中的最新研究进展.DNA甲基化(DNAmethylation)影响染色质的结构与功能,在发育与疾病发生过程中具有重要作用.2009年Tahiliani等发现TET1可以催化甲基化胞嘧啶(5-methylcytosine,5mC)氧化为羟甲基化胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine,5hmC).DNA羟甲基化(DNAhydroxymethylation)被认为是调节DNA甲基化的一种重要方式,成为了表观遗传学的研究热点之一.