真核基因可变剪接研究现状与展望

mRNA前体(pre-mRNA)的可变剪接是控制基因表达和产生蛋白质多样性的重要机制,是功能基因组时代的研究重点之一。生物信息学在识别可变剪接基因及其结构、分析可变剪接的功能和调控方式等方面具有重要作用。除了耗时的实验研究,识别可变剪接基因及其结构主要通过EST、mRNA等转录数据与基因组序列进行比对,获得同一基因的不同结构方式。分析蛋白质产物可对可变剪接的功能进行预测;潜在调控元件的统计分析则可为可变剪接调控机制的研究提供必要的数据。转录数据的时空信息以及比较基因组学对理解可变剪接信息的精确调控将提供重要资料。可变剪接及其调控机制的深入研究将为基因组和蛋白质组之间的对接提供重要的桥梁。     

基于生物信息学的Hi-C研究现状与发展趋势

染色体的空间交互作用被视为影响基因表达调控的重要因素,高通量染色体构象捕获(high-throughput chromosome conformation capture,Hi-C)技术已成为3D基因组学中探索染色体空间交互作用的主要实验手段之一。随着Hi-C样本数据的持续累积以及分析处理流程复杂度的不断提升,基于生物信息学的Hi-C数据分析对探究基因表达的时空调控机制而言,是机遇也是挑战。本文从生物信息学角度,综合阐述了Hi-C的国内外研究现状及发展动态,包括数据标准化、多级结构分析、数据可视化以及三维建模,重点剖析了多级结构中的A/B区室(A/B compartments)、拓扑相关域(topological associated domains,TADs)和染色质环(chromain looping),在此基础上分析了该方向未来可能的研究热点及发展趋势,以期为将基因表达调控的探索从传统线性空间进一步拓展到三维结构空间提供支持。     

细胞衰老过程中三维转录调控机制研究

精确的基因表达调控是细胞分化、发育和维持个体正常生命活动的必要前提.研究表明,基因转录的激活或者抑制不仅受到组蛋白修饰、DNA甲基化等表观遗传修饰的影响;在很大程度上染色质三维空间构象也发挥着重要作用.此外在细胞衰老过程中,长链非编码RNA(lncRNA)在基因表达调控方面的功能也引起了人们的广泛关注.本文就细胞衰老过程中的lncRNA及其参与介导染色质三维构象的形成从而调控基因表达的相关机制和研究方法进行简要综述.     

染色质构象调控真核基因的表达

真核基因的表达受到各种顺式调控元件、反式作用因子、染色质DNA以及组蛋白表观遗传修饰等多因素、多层次的调控。染色质三维空间结构的变化在调控真核基因表达方面也发挥了至关重要的作用。染色质构象的变化一方面可以使增强子等调控元件与靶基因相互靠近,从而促进基因表达;同时也可能通过形成空间位阻结构阻碍调控元件作用于靶基因,抑制基因表达。虽然染色质结构变化调控真核基因表达的机制仍缺乏较为精确的分子模型,但在组蛋白修饰、核小体定位、染色体领域以及染色质间相互作用等表观遗传学研究中,已经发现有诸多证据支持染色质构象在真核基因表达调控中的重要地位。文章主要综述了染色质结构及其构象的变化等对真核基因表达调控的影响。     

Hi-C技术在三维基因组学和疾病致病机理研究中的应用

三维基因组学在基因组序列、基因结构及其调控元件的基础上对细胞核内的染色质的三维空间结构进行研究。染色体的空间交互作用是基因表达调控的重要因素,随着高通量染色体构象捕获(high-throughput chromosome conformation capture,Hi-C)技术及其衍生技术的出现和快速发展,借助Hi-C技术获取高通量三维基因组学数据,对基因表达调控等生物过程进行研究,已成为揭示细胞深层机制、阐明疾病致病机理的重要手段。本文在介绍三维基因组的发展历程和研究技术的基础上,重点总结了近年来Hi-C技术在多种疾病研究、特别是致病机理阐释方面的应用和成果,为深入理解三维基因组学在构建全局基因调控图谱、挖掘疾病致病机理方面的应用提供参考和借鉴。     

生物信息学辅助定位及延伸辐射诱导未知表达序列标签

研究辐射诱导的基因表达调控对于认识细胞对辐射损伤的应激反应有重要意义.在低剂量辐射诱导新基因RIG1表达序列标签(expression sequence tag,EST)片段的基础上,通过非克隆cDNA文库和RACE(rapid amplification of cDNA end)技术获得了其3′末端.依据实验得到的这两段EST序列所提供的信息,通过生物信息学分析将RIG1基因初步定位在20号染色体.对20号染色体RIG1区基因组序列进行外显子扫描,发现预测的外显子正好与实验得到的EST相吻合.利用预测的外显子设计特异引物,成功地克隆了RIG1基因全长序列.同时,对20号染色体RIG1区的生物信息学分析表明,在RIG1基因的上游存在启动子区,从而确定了RIG1基因的基因组序列.因此,通过生物信息学辅助设计实验,快捷地定位及延伸了未知EST片段RIG1,基本完成了RIG1的全基因、基因组序列及染色体定位研究.     

生物信息学辅助定位及延伸辐射诱导未知表达序列标签

研究辐射诱导的基因表达调控对于认识细胞对辐射损伤的应激反应有重要意义.在低剂量辐射诱导新基因RIG1表达序列标签(expression sequence tag,EST)片段的基础上,通过非克隆cDNA文库和RACE(rapidamplification of cDNA end)技术获得了其3′末端.依据实验得到的这两段EST序列所提供的信息,通过生物信息学分析将RIG1基因初步定位在20号染色体.对20号染色体RIG1区基因组序列进行外显子扫描,发现预测的外显子正好与实验得到的EST相吻合.利用预测的外显子设计特异引物,成功地克隆了RIG1基因全长序列.同时,对20号染色体RIG1区的生物信息学分析表明,在RIG1基因的上游存在启动子区,从而确定了RIG1基因的基因组序列.因此,通过生物信息学辅助设计实验,快捷地定位及延伸了未知EST片段RIG1,基本完成了RIG1的全基因、基因组序列及染色体定位研究.     

黏着素与基因表达调控

黏着素(cohesin)是一种多亚基蛋白复合体,在进化上相当保守。在真核生物细胞中,黏着素主要功能是将复制产生的姐妹染色单体连接在一起,直到细胞分裂的后期,黏着素亚基Scc1水解最终导致染色单体的分离。但是最近研究表明,黏着素在基因表达、染色质结构变化和发育调节等方面也起着非常重要的作用,并且发现黏着素对基因的调节作用与其对染色体的黏着功能无关。在酵母中,黏着素最初定位于其装载蛋白Scc2的DNA结合位点上,但是在细胞周期的G2期,黏着素聚集于转录汇集区之间进而调控转录终止。在果蝇染色体上,黏着素与装载蛋白Scc2的同源物Nipped-B共定位,其作用是阻抑增强子和启动子的远距离接触。而在哺乳动物中,黏着素与CTCF隔离子蛋白共定位,并以依赖于CTCF的方式调控转录。本文概述了黏着素在不同真核生物染色体上的定位与分布,并对其在基因表达调控中的功能机制及其研究现状进行了重点阐述。     

转录因子与microRNA在基因表达调控中的功能联系及差异

转录因子和微RNA(microRNA)是最大的两类反式作用因子,它们是基因表达调控的重要调控因子.它们协调发挥调控作用,精细调控基因的表达,在细胞分化和动物生长发育过程中发挥重要的作用.随着对转录因子和microRNA研究的深入,人们发现转录因子和microRNA在基因表达调控网络中关系紧密,它们的分子作用机制有许多相似之处,两者都通过各自的顺式作用元件调控基因表达,且作用的方式类似.但转录因子和microRNA也存在不同之处,转录因子既可以激活基因表达,也可抑制基因表达,而microRNA主要是抑制基因表达.另外,转录因子调控区的复杂性一般高于microRNA的调控区域.本文综述了转录因子和microRNA的异同点,并提出了未来转录因子和microRNA的研究方向.     

MeCP2在Rett综合征中的调控机制

Rett综合征(Rett syndrome, RTT)是一种X连锁的神经发育障碍性遗传病, 是导致女性严重智力障碍的主要原因之一。编码甲基化CpG结合蛋白2(Methyl-CpG-binding protein 2, MeCP2)基因突变是RTT主要的遗传病理学改变, MeCP2作为转录抑制因子调控基因表达。在RTT发病机制中, 由于缺乏MeCP2与甲基化DNA的正确结合, 阻碍了它对下游靶基因表达的正常调控, 最终导致脑功能障碍。目前, 对MeCP2在脑发育过程中的作用以及如何导致RTT的发生, 其机制尚不清楚。文章从MECP2基因和MeCP2蛋白两个方面, 对基因结构、蛋白质功能以及在分子水平上的调控机制进行了综述, 以期为RTT的发病机制研究提供新思路。     

种子萌发的抑制调控机制

种子萌发是植物生命周期中一个重要的生理过程,激素作用、miRNA抑制、mRNA区域化、表观遗传调控等多个层次的分子抑制参与该过程的调控。赤霉素（解除抑制的激素）合成和失活的调控主要发生在转录水平,而脱落酸（引起抑制的激素）信号转导途径的调控则通过蛋白质抑制物的降解来实现。miRNA在转录后水平使其靶基因的mRNA降解,抑制种子的萌发;通过mRNA的区域化抑制与萌发相关基因的翻译属于另一层次的转录后抑制;小RNA介导的表观遗传机制也可能在种子萌发过程基因表达的协同调控中发挥重要作用。与分子水平的抑制类似,胚乳和种皮产生的机械抑制也很重要。     

The genome-wide localization of Rsc9, a component of the RSC chromatin-remodeling complex, changes in response to stress

The cellular response to environmental changes includes widespread modifications in gene expression. Here we report the identification and characterization of Rsc9, a member of the RSC chromatin-remodeling complex in yeast. The genome-wide localization of Rsc9 indicated a relationship between genes targeted by Rsc9 and genes regulated by stress; treatment with hydrogen peroxide or rapamycin, which inhibits TOR signaling, resulted in genome-wide changes in Rsc9 occupancy. We further show that Rsc9 is involved in both repression and activation of mRNAs regulated by TOR as well as the synthesis of rRNA. Our results illustrate the response of a chromatin-remodeling factor to signaling cascades and suggest that changes in the activity of chromatin-remodeling factors are reflected in changes in their localization in the genome.