DNA拓扑异构酶ll和某些抗癌药物的关系

 <正> 长期以来,人们一直在寻找抗癌药物的靶子,以阐明抗癌药物的作用机理,从而为设计更有效的抗癌药物提出理论根据。近来,发现不少抗癌药物,无论是与DNA嵌合的药物或不与DNA嵌合的药物都可以通过DNA拓扑异构酶Ⅱ(DAN Topoisomerase Ⅱ)的作用,形成稳定DNA-酶复合物(此酶作用的中间产物),从而导致处于S期或G_2期的DNA断裂,达到杀死细胞的目的。DNA拓扑异构酶Ⅱ可使DNA的双链同时断裂且在瞬间又接连起     

DNA拓扑异构酶Ⅱ的结构和作用原理

1976年美国国立卫生研究所的Ｇｅｌｌｅｒｔ等从大肠杆菌中提取到解旋酶 (ｇｙｒａｓｅ ,也叫细菌ＤＮＡ拓扑异构酶Ⅱ ,以下简称ＴｏｐｏⅡ )以来 ,对ＴｏｐｏⅡ的作用机制一直存在争议。Ｔｓｅ (1 980 )报道 ,ＴｏｐｏⅡ能同时打断ＤＮＡ的两条链 ,ＴｏｐｏⅡ的两个亚基通过磷酸化酪氨酸残基酯键分别与断开的ＤＮＡ的两个 5′末端连接 ,并互相错开 4个碱基对 ,以便让另一股ＤＮＡ双链通过。这种作用机制向来只有间接的证据。直到最近 ,Ｊａｍｅｓ等用Ｘ射线衍射方法研究酵母ＤＮＡ拓扑异构酶Ⅱ的大片段的晶体结构 ,提供了一个该酶的分子模…     

拓扑异构酶Ⅱ的结构、功能及作用机制研究进展北大核心CSCD

拓扑异构酶是存在于细胞核内的一类酶,它们能够催化DNA链的断裂和结合,从而调控DNA的拓扑状态,在基因复制、转录、重组、修复和染色体重塑过程中参与了DNA超螺旋结构模板的调节。拓扑异构酶通过催化切断DNA链的磷酸二酯键,产生DNA缺口而发挥作用,这种缺口可以改变DNA分子的拓扑结构,从而解决DNA缠结状态这一问题。在哺乳动物中,主要存在I型和II型两种拓扑异构酶。拓扑异构酶I(type I topoisomerase,Top1)催化产生DNA分子上的单链缺口,而拓扑异构酶II(type II topoisomerase,Top2)则催化产生DNA分子上的双链缺口。Top2在哺乳动物中又分为α亚型和β亚型。其中,Top2α的功能主要与细胞的增殖和多潜能性相关,而Top2β在神经发育中具有重要作用。本文就Top2的结构、功能和作用机制的相关研究进展作一综述。     

拓扑异构酶Ⅱ的结构、功能及作用机制研究进展

拓扑异构酶是存在于细胞核内的一类酶,它们能够催化DNA链的断裂和结合,从而调控DNA的拓扑状态,在基因复制、转录、重组、修复和染色体重塑过程中参与了DNA超螺旋结构模板的调节。拓扑异构酶通过催化切断DNA链的磷酸二酯键,产生DNA缺口而发挥作用,这种缺口可以改变DNA分子的拓扑结构,从而解决DNA缠结状态这一问题。在哺乳动物中,主要存在I型和II型两种拓扑异构酶。拓扑异构酶I(type I topoisomerase,Top1)催化产生DNA分子上的单链缺口,而拓扑异构酶II(type II topoisomerase,Top2)则催化产生DNA分子上的双链缺口。Top2在哺乳动物中又分为α亚型和β亚型。其中,Top2α的功能主要与细胞的增殖和多潜能性相关,而Top2β在神经发育中具有重要作用。本文就Top2的结构、功能和作用机制的相关研究进展作一综述。     

DNA双链区的切割导致碱变性超螺旋质粒pBR322的分子内结节

为进一步研究碱变性超螺旋DNA(Ⅳ型DNA;DNA Ⅳ)的结构,对碱变性质粒pBR322进行了酶学分析并利用原子力显微镜(AFM)对新形成的DNA结构进行了观察和比较．在所有已检测的限制酶中只有PstⅠ可以切割质粒pBR322的Ⅳ型DNA分子,说明在这种变性的DNA分子中仍存在少数完整的限制酶识别位点．与碱变性DNA分子的闭合环状结构相反,AFM成像的结果显示PstⅠ处理后的DNA Ⅳ分子均为开放结构,同时这种分子包含明显的DNA结节．与DNA Ⅳ分子相比,这种DNA分子的表观长度缩短了大约11%．有意思的是,大肠杆菌拓扑异构酶Ⅳ(一种Ⅱ型拓扑异构酶)也可以在pBR322 DNA Ⅳ分子中引入分子内结节,而这种结节DNA分子仍然保持闭合状态．AFM的结果表明上述两种结节的DNA分子在表观长度及结节结构的尺寸上均比较相似．这些发现证实,在碱变性的超螺旋DNA分子中仍然保留着一些长度较短的、含有特异性碱基配对的DNA双链区,而在这些区域内的DNA双链断裂可以导致DNA结节．     

抗癌药物对DNA拓扑异构酶活性的影响

 本文比较了正常组织与肿瘤组织中DNA拓扑异构酶Ⅱ的活力,证实异常增殖的肿瘤组织或细胞的酶活力较正常组织高。同对,我们选用了几类有代表性的抗癌药物或中草药成分,观察了它们对拓扑异构酶Ⅱ的影响。结果表明一些抗癌药物在低浓度时对Ⅱ型酶的解结反应等有明显的抑制作用。因此,肿瘤组织中解结活性异常增高说明Ⅱ型酶可能是抗癌药物的一种靶蛋白;对解结活性的抑制有可能为寻找新的抗癌药物提供一条途径。     

用人DNA拓扑异构酶Ⅰ单克隆抗体探测此酶的不均一性

 从慢性淋巴性白血病人的周血白细胞中纯化了DNA拓扑异构酶Ⅰ,经SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析,以蛋白质染色只有一条100kD的肽链,而用此酶的单克隆抗体探测同一纯化的酶则出现100kD,90kD,83kD,80kD和74kD五条肽链,并从部分纯化的酶制剂中检测到一条34kD的小分子具有相当高的酶活性。用此抗体进一步探测了不同类型白血病人周血白细胞的DNA拓扑异构酶,发现明显的差异,不同分子量仍具有此酶的活性,说明不同细胞固有DNA拓扑异构酶Ⅰ的不均一性。     

细菌对喹诺酮类抗菌药的分子耐药机制

喹诺酮类是目前临床上应用较多的抗菌药。然而,喹诺酮类耐药菌时有出现。就细菌对喹诺酮类抗菌药主要耐药机制从分子水平作一综述。(1)一般认为,喹诺酮类抗菌药通过结合细菌Ⅱ类拓扑异构酶,干扰细菌复制,而发挥抑菌作用。Ⅱ类拓扑异构酶变异时,细菌可逃脱喹诺酮类的抑菌作用。高水平的耐药由DNA回旋酶和拓扑异构酶Ⅳ同时发生变异造成。(2)细菌细胞壁是抗菌药进入的屏障。细胞壁组分脂多糖和孔蛋白的改变,可减少喹诺酮类的通透。(3)有些细菌可利用“外排泵”主动将喹诺酮类排出,降低喹诺酮类在菌体内的积累浓度。(4)细菌的其他一些代谢因素也可影响喹诺酮类的抑菌作用。     

DNA拓扑异构酶Ⅱ与ⅠA的进化分析

DNA拓扑异构酶与断开DNA链和改变其拓扑结构有关。先前的研究认为,拓扑异构酶TypeⅡB是由TypeⅡA通过基因的复制、重组和缺失所造成。然而,本研究结果则显示,TypeⅠA与TypeⅡB的进化关系较近,而TypeⅡA与TypeⅡB的关系较远。因此,TypeⅡB可能是由TypeⅠA演化而来,或者说,TypeⅡB是TypeⅠA在古细菌中的特化形式;TypeⅡB可能是由TypeⅡA通过形成TypeⅠA后演化而成的,而不是由TypeⅡA直接通过基因的复制、重组和缺失所造成。在由TypeⅡA演化成为TypeⅠA,最后演化为TypeⅡB的过程中,DNA拓扑异构酶的催化机制也发生了变化从需要金属离子的协助,演化到了不需要镁离子的存在协助其催化。     

鸡Visfatin基因9 bp indel杂合突变异源双链DNA的鉴定

内脂素(Visfatin)是脂肪细胞因子家族的新成员,主要由内脏脂肪组织产生.研究表明内脂素具有类胰岛素样作用.在检测固始鸡-安卡鸡资源群体3代(亲本,F1,F2)964只鸡Visfatin基因9bp插入/缺失(9 bp 'TAACCTGTG' insertion-deletion)多态的过程中,发现其杂合子的变性和非变性聚丙烯酰胺胶上除2条同源双链DNA(282bp和273bp)外有2条未知条带(命名为A和B).A,B条带经回收、二次PCR、再次聚丙烯酰胺凝胶电泳及DNA测序表明:Visfatin基因第10内含子中9bp insertion-deletion突变杂合子的PCR产物中,本身包含2种同源双链DNA片段和2种异源双链DNA片段,不需要经过额外的变性、退火处理,其PCR产物可以直接进行突变检测,在229个杂合突变中异源双链DNA的检出率为100%.因此,通过异源双链DNA这一标示物作为基因分型时的依照或者参考,建立适当的异源双链DNA分析法可进行基因中几个核苷酸插入/缺失多态的检测.     

DNA拓扑异构酶Ⅱ与Ⅰ A的进化分析

DNA拓扑异构酶与断开DNA链和改变其拓扑结构有关。先前的研究认为，拓扑异构酶Type ⅡB是由Type ⅡA通过基因的复制、重组和缺失所造成。然而，本研究结果则显示，Type ⅠA与Type ⅡB的进化关系较近，而Type ⅡA与Type ⅡB的关系较远。因此，Type ⅡB可能是由Type ⅠA演化而来，或者说，Type ⅡB是Type ⅠA在古细菌中的特化形式；Type ⅡB可能是由Type ⅡA通过形成Type ⅠA后演化而成的，而不是由Type ⅡA直接通过基因的复制、重组和缺失所造成。在由Type ⅡA演化成为Type ⅠA，最后演化为Type ⅡB的过程中，DNA拓扑异构酶的催化机制也发生了变化：从需要金属离子的协助，演化到了不需要镁离子的存在协助其催化。     

R-loop的调控及其生理功能

R环（R-loop）是一种DNA∶RNA杂合链（DNA∶RNA hybrids）,由一条RNA单链侵入双链DNA,与其中一条DNA模板链结合,从而释放出一条DNA单链而产生。R-loop在细胞生命活动中扮演着重要角色,与基因组稳定性、转录调控,以及表观修饰等重要生物学过程有着密不可分的关系。很多因素参与对R-loop的调控,例如RNA转录和加工、染色体的修饰、DNA损伤反应等;同时,许多酶蛋白,如核糖核酸酶、解旋酶和拓扑异构酶等也参与调节细胞内的R-loop水平。了解R-loop的调控机制及其生物学功能有助于更好地理解基因组稳定性的维持机制,为治疗骨髓增生异常综合征、白血病、乳腺癌、前列腺癌等疾病开拓新思路。     

新生霉素抑制拓扑异构酶Ⅱ对多瘤病毒DNA合成的影响

本文报告了Ⅱ型拓扑异构酶抑制剂——新生霉素对多瘤病毒DNA合成的抑制作用,发现新生霉素对细胞和病毒DNA的体外合成具有不同的抑制曲线。新生霉素在复制过程中抑制复制中间物转变成成熟的病毒DNA分子的过程,同时影响病毒DNA分子的负超螺旋密度。本文结果提示Ⅱ型拓扑异构酶是病毒DNA复制末期所必须的酶。     

蓖麻蚕rDNA核骨架结合元件SAR的检测和特征分析

采用二碘水杨酸锂盐 (LIS)制备细胞核骨架 ,Southern杂交法检测与细胞核骨架结合的rDNA片段 ,发现蓖麻蚕rRNA基因 5′非转录间隔区 (NTS)内存在一个很强的核骨架结合元件 .外切核酸酶Ⅲ消化限定表明 ,该SAR位于SacⅡ -EcoRⅠ限制酶片段内 ,长度约 1kb .经DNA顺序分析表明 ,该片段AT碱基富集 ,A +T >70 % ,含有拓扑异构酶Ⅱ保守序列和ATATTT结构花式 ,以及酵母自主复制序列(ARS)的同源序列 ,该SAR内含有 (AT) ₁₈序列已证明是核酸酶S1的超敏感位点 ,这种核酸酶S1的超敏感性可能是SAR元件的信号特征之一 .     

耻垢分枝杆菌宿主整合因子(IHF)对DNA拓扑结构的影响

结核分枝杆菌(Mycobaterium tuberculosis)是结核病的病原菌,每年导致数百万人死亡.对于分枝杆菌基本生物学特性的研究有助于新的药物及治疗手段的研发.耻垢分枝杆菌(M.smegmatis)是分枝杆菌属中的一种非致病菌,与结核分枝杆菌亲缘关系较近,是实验室常用的研究分枝杆菌的模式菌种.分枝杆菌主要编码三种染色质蛋白,类组蛋白HU、Lsr2和宿主整合因子IHF.为研究IHF在染色体包装中的作用,我们在大肠杆菌中表达、纯化了耻垢分枝杆菌IHF蛋白(MsIHF),并对其影响DNA拓扑结构的性质进行了系统分析.体外研究的结果表明,MsIHF以同二聚体的形式存在,其对负超螺旋DNA具有一定的结合偏好性,同时,该蛋白可以有效地固定DNA负超螺旋.进一步的研究表明,MsIHF可以调控拓扑异构酶的活性.MsIHF的结合明显地抑制拓扑异构酶Ⅰ的松弛活性,而与此相反,该蛋白可以轻微地促进旋转酶引入DNA负超螺旋的能力.以上结果提示,MsIHF可能通过调控拓扑异构酶的活性影响染色体DNA的结构,进而调控其包装.     

核多角体病毒感染昆虫细胞的DNA拓扑异构酶性质的研究

核多角体病毒(Nuclear polyhedrosis virus)的核酸是双股环状DNA,在病毒颗粒中呈超螺旋状态。超螺旋DNA复制时,一般皆有超螺旋解旋过程。为了解这一机制,本文报道了从NPV感染的家蚕中肠组织中分离细胞核,经过羟基磷灰石、磷酸纤维素柱层析,ssDNA-纤维素亲和层析,纯化了DNA拓扑异构酶I,SDS-PAGE测定分子量为47kd,最适Mg~(++)浓度约为5mM。AcNPV感染的TN368细胞DNA拓扑异构酶I总活力较正常细胞酶活力高1～3倍,且活力的提高与病毒增殖平行。讨论了昆虫细胞DNA拓扑异构酶I的性质及其与NPV复制的关系。     

用于DNA无性繁殖的EcoRI接头的化学合成

利用二酯法化学合成了一个脱氧八核苷酸(d-G-G-A-A-T-T-C-C)。此八核苷酸片段自身互补形成双链DNA片段,能被限制性内切酶EcoRI酶解。利用双向同系层析测定了它的核苷酸序列,证明这一片段的序列符合实验设计要求。     

系统性红斑狼疮(SLE)患者血清免疫复合物中DNA的提取及电镜观察

从活动期SLE患者血清DNA/抗-DNA免疫复合物中分离DNA,用电镜观察结果表明:这些DNA是很不均质的双链片段。它们的分子量范围很宽,镜下可见的最小片段长553A(约150bp),最大片段长10431A(约2800bp),多数DNA片段长约200—400bp,与正常对照相比较有明显区别。另外,还观察到具有单链末端的双链DNA片段。     

红树林内源生真菌Sporothrix sp.#4335代谢产物的研究

Diaporthin(1),松胞素4(2)是由一株红树林共生真菌Sporothrix sp.#4335中分离的两个化合物,其结构通过光谱分析确定。并首次对化合物1进行了抗人的肝癌细胞hepG 2及抑制人的DNA拓扑异构酶I(hTopoⅠ)的活性测试,结果显示,化合物1有一定的抗肿瘤活性(IC50为23μg/mL),及很强地抑制拓扑异构酶I的活性。     

大肠杆菌topA-菌株中质粒pBR322的超凝集结构

超凝集DNA是质粒DNA的一种特殊拓扑结构形式,最初在大肠杆菌SD108(topA gyrB225)细胞中被发现.现在大肠杆菌DM800(topA-gyrB225)细胞中也发现了这种结构,这说明超凝集DNA的形成与细胞内旋转酶活性降低有直接关系,而与拓扑异构酶Ⅰ的存在与否无关.体外实验的结果显示,具有很强的正超螺旋松弛活性的拓扑异构酶Ⅳ可以将超凝集DNA完全松弛,这也证明质粒DNA的超凝集结构与超螺旋结构在细胞内是可以互变的.使用原子力显微镜对分离到的pBR322DNA超凝集结构进行分析,并与普通超螺旋进行比较,结果表明,超凝集DNA分子的结构发生了巨大的变化,其分子长度比正常超螺旋分子缩短了约30%,宽度和高度则增加了60%,结构更接近于A型DNA.另外,原子力显微镜研究结果表明,氯喹的嵌入并非改变了超凝集DNA的超螺旋状态,而是使其打结并最终压缩成一团.