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。     

哺乳动物BMP4蛋白功能位点的进化踪迹分析

哺乳动物骨形态发生蛋白(BMPs)具有促进动物软骨形成,调节细胞增殖、分化及迁移的多种功能。此外,该蛋白在动物个体发育及人(Homo sapiens)肿瘤的发生、发展过程中也扮演着重要角色。本文以人源骨形态发生蛋白4(BMP4)为种子序列,利用多种生物信息学工具进行哺乳动物BMP4蛋白的序列查找及其同源蛋白的搜索,共得到具有完整结构域的同源蛋白序列72条,并以此为基础对哺乳动物BMP4的进化踪迹位点及相关的功能位点进行比较研究。结果表明,BMP4蛋白家族的TGFβ-propeptide结构域具22个全家族保守残基,而TGF-β结构域仅具84个亚家族特异性残基。人BMP4蛋白TGF-β结构域的配基结合位点主要分布于结合口袋的边缘区域。本研究可为BMP4蛋白重要功能区残基的确定及未知功能位点的预测提供信息。     

真核翻译延伸因子1A蛋白家族功能位点的进化踪迹分析

真核翻译延伸因子1A（eEF1A）是真核生物蛋白质翻译过程中能将氨酰tRNA运送到核糖体A位点参与多肽延伸反应的多功能蛋白质. 本文主要利用多种生物信息学分析工具进行地中海涡虫翻译延伸因子1A（SmEF1A）蛋白序列的查找与eEF1A直系同源蛋白的搜索, 并基于90条直系同源蛋白进行eEF1A蛋白家族的进化踪迹分析和SmEF1A蛋白功能位点的比较研究. 结果表明,在eEF1A蛋白家族中共识别到338个踪迹残基位点和20个踪迹残基富集区域,SmEF1A蛋白的功能位点与踪迹残基位点密切相关,与GTP/Mg2+结合相关的S21、T72、D91、G94等重要位点均为全家族保守的踪迹残基,N 糖基化、磷酸化等蛋白修饰位点中踪迹残基位点往往是被修饰的部位或修饰功能发挥的关键辅助位点,而位于分子表面的配基结合口袋则与20个踪迹残基富集区域在分子表面形成的踪迹残基簇关系密切. eEF1A蛋白家族的进化踪迹分析为eEF1A蛋白重要功能区域关键残基的确定和未知功能位点的预测提供了重要信息.     

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。     

人脾DNA拓扑异构酶Ⅰ的提纯及其性质的研究

 经三个步骤从人脾提纯了拓扑酶Ⅰ。SDS-PAGE和等电聚焦均显示单一蛋白带。分子量77kD,pI7.3。新生霉素和香豆霉素A_1不抑制酶活性。本实验表明,反应最适K~(+)或Na~(+)浓度为180mmol/L。反应活性不要求Mg~(2+),但5mmol/L存在时,活性增加90％。在pH5.0～9.0均有活性,但在7.5～8.0时活性较大。30℃放置24小时或50℃处理30分钟活性基本丧失。最适反应温度为37℃。对-氯汞苯甲酸强烈抑制酶活性。     

一种钒配合物LMC 抑制DNA 拓扑异构酶?的抗肿瘤作用

目的：探讨钒配合物LMc对拓扑异构酶Ⅰ、Ⅱ（Topo-Ⅰ、Topo-Ⅱ）的影响及其抗肿瘤活性。方法：采用DNA松弛实验观察LMC对Topo-Ⅰ、活性的影响并探讨其相关分子作用机制;采用MTT法、流式细胞术在细胞水平观察了IMC的抗肿瘤作用。结果：LMC可明显抑制Topo-Ⅰ活性,对Topo-Ⅱ无明显抑制作用,对多种肿瘤细胞株A549、Hela、BEL-7402具有明显抑制生长的作用,且可将细胞阻断在G2／M期,而对正常细胞株L-02生长无明显影响。结论：钒配合物LMC具有抑制Topo-Ⅰ活性而发挥抗肿瘤的作用。     

两株高DNA拓扑异构酶Ⅰ抑制活性的药用植物内生真菌筛选

从7种中国南方药用植物中分离了278株内生真菌,分析了其发酵液甲醇提取物对人DNA拓扑异构酶Ⅰ(hTo-poI)松驰活性的抑制能力。对2株具有高hTopoI抑制力的内生真菌(LF4-7L和LF6-1)进行了深入研究。通过发酵物对hTo-poI抑制能力的时间变化曲线,表明2株内生真菌的hTopoI抑制物质在其生长停滞阶段才大量产生和积累。经分子鉴定,LF4-7L可能是阴炭团菌(Hypoxylon stygium),而与LF6-1L最相近的是毛竹基腐病菌(Arthrinium phaeospermum)。     

大白鼠DNA拓扑异构酶Ⅰ生物学性质的研究

对大白鼠组织作DNA拓扑弄构酶Ⅰ(拓扑酶Ⅰ)活力测定,见酶活力出现在胚胎早期,在胚胎发育过程及出生后不同年龄期,酶活力基本稳定;几种成年大鼠组织的酶活力彼此无显著差异;肝细胞再生及癌变,酶活力亦无显著变化。     

DNA拓扑异构酶Ⅰ生物学活性的比较研究

测定了3T3细胞、人和大鼠一些组织中DNA拓扑异构酶Ⅰ的活性;估计了核酸内切酶对拓扑酶Ⅰ松弛活性测定的干扰程度;发现增殖组织全细胞抽提液中酶比活高于正常分化组织,而且在异常增殖组织中酶比活的增高更为显著。     

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。     

家蚕生物钟蛋白TIME-EA4的进化踪迹分析

家蚕是卵滞育性鳞翅目模式昆虫,其滞育卵的活化与生物钟蛋白TIME-EA4密切相关。TIME-EA4具备稳定的Cu/Zn SOD活性和瞬时的ATP酶活性。目前,国内外关于家蚕TIME-EA4的研究主要集中在结构和功能上,其分子进化机制研究尚未开展。本文利用生物信息学方法对TIME-EA4进行了进化踪迹分析,结果显示TIME-EA4的重要氨基酸残基(coverage25%)的91.2%都用来维持与Cu/Zn SOD的序列一致性,但TIME-EA4与Cu/Zn SOD的Cu/Zn离子结合位点在氨基酸残基组成、极性、绑定原子方面都存在差异。     

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。     

大肠杆菌拓扑异构酶I结合重金属的特性及功能影响

【背景】大肠杆菌拓扑异构酶Ⅰ(Escherichia coli topoisomerase I,E.coli TopA)在DNA复制、转录、重组和基因表达调控等过程发挥关键作用。研究表明E.coli TopA只有结合锌离子才具有活性,然而E.coli TopA能否结合其他金属离子尤其是重金属离子,以及结合其他金属后是否具有活性,目前仍不清楚。【目的】探究大肠杆菌拓扑异构酶Ⅰ是否结合环境中常见重金属离子,研究重金属离子结合E.coli TopA蛋白后对其活性的影响。【方法】在分别添加有锌、钴、镍、镉、铁、汞、砷、铬、铅、铜离子的M9基础培养中表达、纯化出E.coli TopA蛋白,并对纯化得到的蛋白用电感耦合等离子体质谱仪进行相应金属离子含量的测定;利用表达E.coli TopA锌指结构的突变体蛋白鉴定重金属离子的结合位点;通过体外超螺旋DNA松弛实验测定不同金属结合E.coli TopA的拓扑异构酶活性;通过测定蛋白内源性荧光推测不同金属结合E.coli TopA的空间构象差异。【结果】E.coli TopA在体内除了能结合锌和铁之外,还能够结合钴、镍、镉3种离子,但是不能结合汞、砷、铬、铅、铜离子。钴、镍、镉结合形式的E.coli TopA,每个蛋白分子最多可以结合3个相应的金属离子,他们与TopA蛋白的结合位点也是位于3个锌指结构域,而且每个锌指结构域结合1个金属离子。此外,E.coli TopA结合钴、镍、镉离子后,其DNA拓扑异构酶活性并未受到影响,可能是由于钴、镍、镉离子结合形式的E.coli TopA蛋白,其空间构象与锌结合形式相比并未发生显著变化。【结论】由于DNA拓扑异构酶在维持细胞正常生理功能中发挥关键作用,研究表明E.coli TopA的功能不会受到常见重金属的干扰(不结合或者结合后活性无影响),这也有可能是大肠杆菌在进化过程中产生的对抗环境中重金属离子毒害作用的一种自我保护和耐受机制,具有重要的生理意义。     

几类"无线粒体"原生动物进化地位的探讨--来自DNA拓扑异构酶Ⅱ的系统分析证据

以贾第虫、毛滴虫、内变形虫和微孢子虫等为代表的几类寄生原生动物曾因为"无线粒体", 再加上其他一些似乎介于原核和真核细胞之间的原始特点和分子系统树中它们往往处在真核生物的最基部等证据, 而被有些人认为是目前已知的一类最原始的真核生物类群--Archezoa, 其进化地位应该是处在真核细胞通过"内共生"产生线粒体之前的极早阶段. 这一观点一度被部分学者认为对探讨真核细胞(生物)的起源、进化极为重要, 是进化生物学上的重要突破. 然而, 近年来不断有研究对此提出质疑. 我们首先扩增、测序并鉴定了蓝氏贾第虫、阴道毛滴虫和痢疾内变形虫的DNA拓扑异构酶Ⅱ序列, 再结合GenBank数据库中已有的脑炎微孢子虫和其他一系列处在不同进化地位的真核生物的相应序列数据, 用多种方法构建出分子系统树, 对这些"无线粒体"原生动物的进化地位进行了探讨. 结果表明, 由于DNA拓扑异构酶Ⅱ的特点和可以克服"长枝吸引"等以往分子系统分析中的不足, 所构建的系统树不仅能有效地反映出已普遍接受的真核生物各主要类群的系统关系, 而且显示出这些"无线粒体"原生动物不同于以前系统树所推测的进化地位: 它们并非是最早分支出来的真核生物, 而是在具有线粒体的生物如动基体类或菌虫类等之后才分化的、分别属于不同进化地位的类群. 结合近来在它们中发现了类似线粒体细胞器的证据, 我们认为这些"无线粒体"的原生动物虽然其中有些种类(如以贾第虫为代表的双滴虫类)进化地位很低等, 但总体上并非过去所认为的那么极端原始, 它们应该是线粒体产生之后因适应长期的无氧条件下的内寄生生活方式才分别分化出来的多源发生的不同生物类群.     

利用序列比较寻找胰岛素基因表达启动区与DNA结合蛋白的结合位点

NDFl、IPFl和HNF4是与胰岛素基因表达有关的DNA结合蛋白,通过比较SWISSPROT蛋白质数据库中人类、小鼠、大鼠这三种核蛋白氨基酸一级序列、模体和结构域,发现其结构十分相似,根据蛋白质结构和功能的关系,推测这些DNA结合蛋白与胰岛素基因结合的核苷酸序列相似;从GenBanl(核酸数据库中获得人类、小鼠、大鼠胰岛素DNA序列,用ClustalW比较三者Promoter区的核苷酸序列,显示有一段核苷酸序列较为相似,同时搜索TRANSFAC基因转录数据库中NDFl、IPFl和NHF4蛋白核苷酸结合位点,发现核酸比对保守的部分序列与TRANSFAC数据库中这三个转录因子的DNA结合位点一致,另外一些核酸保守序列可能为其他未知DNA结合蛋白的结合位点。这种核酸序列比对设计为分子生物学实验寻找和验证胰岛素DNA结合蛋白与核苷酸的结合位点提供了简单而实用的方法。     

蛋白质磷酸化和脱磷酸化对DNA拓扑异构酶Ⅰ活力调节的研究

本文以小鼠正常肝和H_(22a)腹水型肝癌细胞为材料,从中分离出纯度较高的拓扑异构酶Ⅰ和细胞质酪氨酸蛋白激酶(TPK)来研究磷酸化和脱磷酸化对拓扑异构酶Ⅰ活力的调节。结果表明TPK能活化拓扑异构酶Ⅰ。另外还发现PKA和碱性磷酸酶(CIP)能分别活化和抑制拓扑异构酶Ⅰ。     

基于DNA拓扑异构酶Ⅱ基因部分序列的侧耳属系统发育分析

对侧耳属（Pleurotus）14个种的14个菌株,亚侧耳属（Hohenbuehelia）1个种和离褶伞属（Lyophyllum）1个种的DNA拓扑异构酶Ⅱ（EC 5．99．1．3）部分序列进行扩增分析。以灰盖鬼伞（Coprinus cinereus）、新型隐球酵母（Cryptococcus neoformans）和玉米黑粉菌（Puccinia polysora）等担子菌为外群,采用最大距离法、最大简约法和最大似然法构建侧耳属的系统发育树。结果表明：作为外群的3个物种独立于所有供试材料;侧耳属菌株作为一大类与供试的离褶伞属和亚侧耳属分开。侧耳属14个种又可细分成6支：可能为侧耳属起源最早的P．flabellatus、P．salmoneostramineus和P．djamor组成一组;P．tuberregium和P．pulmonarius均自成一组;P．abalonus和P．cystidiosus均产生束梗孢,聚为同组;P．eryngii var．eryngii、P．eryngii var．ferulae和P．nebrodensis为一组;另一组由P．ostreatus、P．columbinus、P．cornucopiae和P．citrinopileatus组成。按照侧耳属物种菌丝类型的不同,构建的系统发育树将该属14个种进行系群划分,单、二系菌丝分属于各个不同的分支中,说明单、二系菌丝均为多系起源,与用28S rDNA序列进行系统分析的结果一致。     

基于DNA拓扑异构酶II基因部分序列的侧耳属系统发育分析

对侧耳属（Pleurotus）14个种的14个菌株,亚侧耳属（Hohenbuehelia）1个种和离褶伞属（Lyophyllum）1个种的DNA拓扑异构酶II（EC 5.99.1.3）部分序列进行扩增分析。以灰盖鬼伞（Coprinus cinereus）、新型隐球酵母（Cryptococcus neoformans）和玉米黑粉菌（Puccinia polysora）等担子菌为外群,采用最大距离法、最大简约法和最大似然法构建侧耳属的系统发育树。结果表明：作为外群的三个物种独立于所有供试材料;侧耳属菌株作为一大类与供试的离褶伞属和亚侧耳属分开。侧耳属14个种又可细分成六支：可能为侧耳属起源最早的P. flabellatus、P. salmoneostramineus和P. djamor组成一组;P. tuberregium和P. pulmonarius均自成一组;P. abalonus和P. cystidiosus均产生束梗孢,聚为同组;P. eryngii var. eryngii、P. eryngii var. ferulae和P. nebrodensis为一组;另一组由P. ostreatus、P. columbinus、P. cornucopiae和P. citrinopileatus组成。按照侧耳属物种菌丝类型的不同,构建的系统发育树将该属14个种进行系群划分,单、二系菌丝分属于各个不同的分支中,说明单、二系菌丝均为多系起源,与用28S rDNA序列进行系统分析的结果一致。     

植物MYB蛋白与其靶定DNA结合位点之间的相互作用

MYB转录因子是植物转录因子中最大的家族之一,在植物生长发育和对环境胁迫的应激反应中发挥重要作用。MYB蛋白通过识别和结合特定的DNA序列调控靶基因的表达,进而发挥其多样性的作用。近几十年来,MYB蛋白与其靶定DNA结合位点之间的相互作用研究取得了很大的进展。主要综述了植物MYB蛋白与DNA的结合特性及其DNA结合位点的序列特异性,并对检测蛋白质与DNA之间相互作用的新兴技术做了简要阐述。     

血清反应因子结合位点在小鼠及人基因组中保守性、多样性及进化的研究

目的：CArG元件因其为血清反应因子识别的结合位点近年来备受关注。然而迄今为止尚未见到有关CArG元件的序列特征及进化模式的研究。方法：本研究应用生物信息学方法结合遗传学方法对小鼠及人基因组中CArG元件的位置分布序列类型、多样性及保守性进行深入研究。结果：多样性研究结果显示,CArG元件的序列在小鼠及人类基因组存在大量的不同类型。但是,小鼠和人基因组中CArG元件的主要类型又存在明显差异。同源性分析结果表明人类和小鼠中的CArG元件存在两种进化历程,一部分CArG元件拥有共同的祖先,一部分是在物种分化以后突变产生的。结论：上述研究结果将为更为深入阐述SRF的调控模式奠定理论基础,同时为更清楚的阐释CArG元件序列变化对下游基因的表达影响提供理论支持。