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。     

甜菜夜蛾拓扑异构酶I氨基酸突变对其DNA解旋活性的影响

【目的】为了探究甜菜夜蛾 Spodoptera exigua 拓扑异构酶I（topoisomerase I, Top I）氨基酸突变对其DNA解旋活性的影响。【方法】通过克隆甜菜夜蛾 Top I 基因,构建原核表达载体,采用完全重叠PCR定点突变技术,向甜菜夜蛾Top I 的V420, L530, A653和S729（根据人Top I 氨基酸序列编号）4个位点引入突变,将改造成功的重组 Top I 基因转化至大肠杆菌BL21 (DE3)中,诱导重组蛋白表达、纯化,测定Top I突变对其解旋活性的影响。【结果】完全重叠PCR能实现甜菜夜蛾 Top I 定点突变。重组蛋白在体外得到稳定的表达,表达产物经SDS-PAGE电泳分析在96.0 kDa处出现特异性条带。通过对重组蛋白分离纯化并测定对质粒pBR322解旋酶活性,发现引入V420I, L530P和A653T突变后Top I的比活力显著降低,而引入S729T突变后比活力与野生型蛋白无显著差异。【结论】本研究证明在甜菜夜蛾Top I中引入V420I, L530P和A653T突变后,其对底物pBR322的解旋活性显著降低,为后期探索甜菜夜蛾Top I的定点突变与其对喜树碱及其衍生物敏感性的关系奠定了基础。     

DNA拓扑异构酶Ⅱ的多态转换模型

DNA拓扑异构酶Ⅱ是一种分子马达,它利用ATP水解产生的化学能,切断一条双链DNA片段(G segment),并让另一条双链DNA片段(T segment)从缺口处通过.对DNA拓扑异构酶Ⅱ的工作循环研究将有助于阐明其工作机理.本文根据已有实验资料,利用主方程方法构建了DNA拓扑异构酶n状态转变的随机跃迁模型,求得系统...     

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。     

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。     

Pin1与β-链蛋白——Wnt信号途径的致肿瘤机制

β-链蛋白（β—catenin）是Wnt信号途径核心成员。Wnt信号传人细胞核致β-链蛋白磷酸化以后,磷酸化依赖肽酰脯氨酰异构酶（Pin1）特异性地催化β-链蛋白（p）丝／苏氨酰-脯氨酰肽键的顺反异构[反式（trans）到顺式（cis）],结果β-链蛋白结构稳定、保持活性状态。Pin1机制是Wnt信号途径致肿瘤重要新机制,并与途径信号分子基因突变等完全无关。     

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。     

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．     

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.     

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pBR322 DNA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.     

Identification, characteristic and phylogenetic analysis of type II DNA topoisomerase gene in Giardia lamblia

The genes encoding type II DNA topoisomerases were investigated in Giardia lamblia genome, and a type IIA gene,GlTop 2 was identified. It is a single copy gene with a 4476 bp long ORF without intron. The deduced amino acid sequence shows strong homology to eukaryotic DNA Top 2. However, some distortions were found, such as six insertions in the ATPase domain and the central domain, a -100 aa longer central domain; a ~200 aa shorter C-terminal domain containing rich charged residues. These features revealed by comparing with Top 2 of the host, human, might be helpful in exploiting drug selectivity for antigiardial therapy. Phylogenetic analysis of eukaryotic enzymes showed that kinetoplastids, plants, fungi, and animals were monophyletic groups, and the animal and fungi lineages shared a more recent common ancestor than either did with the plant lineage; microsporidia grouped with fungi. However, unlike many previous phylogenetic analyses, the ““amitochondriate““ G. lamblia was not the earliest branch but diverged after mitochondriate kinetoplastids in our trees. Both the finding of typical eukaryotic type IIA topoisomerase and the phylogenetic analysis suggest G, lamblia is not possibly as primitive as was regarded before and might diverge after the acquisition of mitochondria. This is consistent with the recent discovery of mitochondrial remnant organelles in G. lamblia.     

B-DNA的深沟是蛋白质“识别螺旋”的最佳结合部位

<正> 蛋白质识别有特定序列结构的DNA片段,是基因表达调控机构中最根本的分子事件,也是细胞内一些重要的酶对DNA特定部件进行催化加工的专一性的基础。早年的模型研究曾一般地假发,蛋白质的α—螺旋可以嵌入DNA的深沟内,平行或反平行的两条β—链可以结合到浅沟区。随后,生物化学实险证明,许多序列专一性DNA—结合蛋白的结合区是在DNA的深沟而不是浅沟。最近,第一批这一类蛋白质以及它们与DNA复合物的三维结构已由X射线晶体学方法获得测定。结果表明,蛋白质利用所谓“识别螺旋”结合到B-DNA     

NB901的细胞毒作用及对拓扑异构酶Ⅱ活性的影响

DNA拓扑异构酶是抗肿瘤药物的一个重要靶点,近年来已发现许多不同类型的化合物对该靶酶有作用[1]．NB901是一种新合成的单核着类似物[2],具有较强的细胞毒作用[3]．本实验采用中性红（NR）染色法观察了NB901体外细胞毒作用和DNA拓扑异构酶（topoisomerase）Ⅱ活性的影响．1实验材料NB901为北京医科大学药学院合成,分子量280,淡黄色粉末,易溶于水．中性红（C15H17N4Cl）,北京化工厂生产,AR级．蛋白酶K,牛血清白蛋白（BSA）及腺苷三磷酸（ATP）均购自Sigma公司．细胞系：人肝癌细胞BEL7402及人巨细胞肺癌细胞PGT由北京…     

TopoⅡα在乳腺癌组织中的表达及其临床意义

目的：探讨拓扑异构酶Ⅱα（TopoⅡα）在乳腺癌组织中的表达规律以及在乳腺癌化疗的预测价值。方法：应用SP免疫组织化学方法,检测资料完整的126例浸润性乳腺癌组织标本。结果：拓扑异构酶Ⅱα在126例浸润乳腺癌组织中表达的阳性率为49.2%,其与乳腺癌淋巴结转移、HER-2蛋白表达密切相关（P〈0.05）,而与患者年龄、月经情况、肿瘤大小、临床分期、ER、PR状态无相关（P〉0.05）。结论：拓扑异构酶Ⅱ在乳腺癌组织中的高表达与乳腺癌的发生发展转移密切相关,TopoⅡα可作为指导乳腺癌化疗的重要指标和判断乳腺癌预后的参考指标。     

氧化还原对铁结合的大肠杆菌拓扑异构酶Ⅰ活性的调控

大肠杆菌拓扑异构酶 I（E. coli TopA）属于 I 型拓扑异构酶,在DNA复制、转录、重组和基因表达调控等过程中发挥关键作用。E. coli TopA 不仅能结合锌,还可以结合铁。细胞内过量铁可与锌竞争,通过与锌指结构域结合减弱其 DNA 结合能力和改变蛋白质空间构象,从而抑制TopA拓扑异构酶活性。然而,铁结合形式TopA的氧化还原特性以及氧化还原条件对其活性的影响仍不清楚。本研究通过紫外分光光谱和体外DNA拓扑异构酶活性分析,发现体外纯化得到的铁结合形式的 TopA 呈氧化状态,能够被二硫苏糖醇和连二亚硫酸钠还原,原本氧化状态下无活性的TopA在还原条件下,可恢复其拓扑异构酶活性。当还原剂被去除后,铁结合的TopA在空气中能够重新被氧化,且其活性重新受到抑制。这说明,氧化还原条件对铁结合的 TopA 功能具有可逆调节作用。通过金属 蛋白体外结合实验进一步发现,无金属结合的TopA蛋白(apo-TopA)在无氧条件下,与 Fe²⁺ 和 Fe³⁺ 均能结合,但与Fe²⁺ 结合能力较弱,并且TopA结合的Fe³⁺ 被还原成Fe²⁺ 后,结合力显著下降,能够被铁螯合指示剂菲咯嗪快速捕获。此外,蛋白质内源性荧光光谱分析实验表明,铁结合的TopA在氧化还原的不同状态时,其在330 nm左右的荧光值有显著差异。这提示,氧化还原条件可能通过影响铁离子与TopA的结合状态,引起蛋白质空间构象改变,从而对TopA的拓扑异构酶活性进行调节。此研究表明,铁结合TopA的拓扑异构酶活性会受到细胞内氧化还原信号的可逆调控,也提示I型拓扑异构酶可能是细胞铁超载通过氧化损伤引起细胞功能障碍（或铁死亡）的靶点之一。     

分子标志物在子宫内膜癌中的表达分析

目的:探讨EGFR、HER-2、P53、ER、Ki-67、PR、VEGF、TopⅡα、PDGFR-β、PDGFR-α十种分子标志物在子宫内膜癌肿瘤细胞中的表达情况。方法:利用免疫组织化学的方法研究解放军总医院病理科2010年到2012年199例子宫内膜癌中EGFR、HER-2、P53、ER、Ki-67、PR、VEGF、TopⅡα、PDGFR-β、PDGFR-α十种分子标志物的表达,表达结果使用x2检验进行统计。结果:分子标志物EGFR、HER-2、PDGFR-α在子宫内膜癌肿瘤细胞中的表达与临床手术分期相关;ER、PR在子宫内膜癌肿瘤细胞中的表达与病理分级、临床手术分期及肌层浸润程度均相关。P53、Ki-67、VEGF、TopⅡα、PDGFR-β五个分子标记物与病理分级、临床手术分期及肌层浸润程度无明显相关性。结论:对十种分子标志物在子宫内膜癌肿瘤细胞中的表达分析,以及与病理分级、临床手术分级和肌层浸润程度关系的研究,有助于预测子宫内膜癌的发生、发展、转移及预后。     

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。     

木犀草素对金黄色葡萄球菌的抑菌活性及其机制

【目的】研究木犀草素对金黄色葡萄球菌的抑制活性及其机制。【方法】利用2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)染色,细胞膜渗透性测定,SDS-PAGE蛋白谱变化,4′,6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)荧光染色法等对木犀草素的抑菌活性及其机制进行研究。【结果】木犀草素能影响金黄色葡萄球菌细胞膜的通透性,木犀草素作用16h,菌体可溶性蛋白总量减少64.54%,DNA含量减少48.44%,RNA含量减少39.35%,木犀草素的浓度为1.6mg/mL时,拓扑异构酶I和II的活性可完全被抑制。【结论】木犀草素有明显的抑菌活性,其抑菌机制主要是通过抑制DNA拓扑异构酶的活性,进而影响菌体核酸及蛋白质的合成来实现的。     

L,D-转肽酶LdtMt2-厄他培南加合物的新状态Ⅰ-plus结构

具有多重耐药性和广泛耐药性的结核分枝杆菌菌株正在全球范围内传播,因此,迫切需要新的抗结核药物。结核分枝杆菌的L,D-转肽酶LdtMt2直接参与肽聚糖的形成,细菌毒性和β-内酰胺抗性。该酶是潜在的抗结核靶标,可以被碳青霉烯类抗生素抑制,碳青霉烯类抗生素是FDA批准的用于治疗肺结核的药物。据报道,LdtMt2与碳青霉烯类抗生素（如厄他培南,亚胺培南和美洛培南）相互作用时,存在两种不同的中间状态,即状态I和II。状态I被认为是初始加合物形成状态,而状态II被认为是稳定的蛋白质-配体相互作用状态,并伴有碳青霉烯类抗生素和蛋白质的局部构象排列。本文中,我们报告了一个LdMt2-ertapenem新中间状态I-plus,具有与状态II相同的碳青霉烯类抗生素构象和与状态I相似的局部蛋白质构象。该新状态是从状态I转变为状态II的中间状态,构象变化发生在厄他培南分子而不是蛋白质。我们的工作有助于阐明碳青霉烯类抗生素对LdtMt2的作用后发生的变化,并与其他报道的中间状态一起揭示L,D-转肽酶如何与碳青霉烯类抗生素相互作用。