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。     

DNA双链断裂与同源重组修复机理研究进展

双链断裂（double strand breaks,DSBs)是细胞染色体复制过程中经常出现的DNA损伤,它的修复过程顺真核生物中以同源重组（homology recombination,HR)修复为主。正常机体中有着一系列的基因和蛋白及时修复复这些损伤,这些蛋白归属于RAD52上位性集团（RAD52epistasis group)。它们对细胞发挥功能和维持生存意义重大,近来国外研究十分活跃。     

哺乳动物DNA连接酶在DNA双链断裂修复通路中的作用

保持基因组的完整性和稳定性对于生物体的存活是十分重要的。DNA损伤来源于多方面,主要包括内源性的生理因素（如细胞代谢产物、DNA复制错误、抗体类别转换等）和外源性因素（如UV照射、同位素辐射等）。基因组DNA一旦发生损伤,机体内的DNA损伤修复机制就会被激活。DNA被错误地修复会导致基因突变或者基因组的不稳定,包括染色体缺失、扩增以及转位,最终这些突变的细胞可能会转化为癌细胞,进而引起肿瘤的发生。     

DNA光修复酶修复紫外损伤的DNA

DNA光修复酶在蓝光驱动下,利用黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）分子的黄素酶作为催化辅助因子,来修复紫外线诱导的环丁烷嘧啶二聚体（CPD）和嘧啶（6-4）嘧啶酮的DNA损伤产物。通过无根发育树,综述了DNA光修复酶/隐花色素家族的分类;详细地阐述两种DNA光修复酶的结构、光损伤后产生的嘧啶二聚体的结构及光修复过程;最后回顾了DNA光修复酶的研究现状并展望该领域的发展前景。     

白念珠菌DNA损伤与修复

内外环境中各种因素如电离辐射、紫外辐射、氧化剂、烷化剂等都可以造成白念珠菌DNA的损伤。如果DNA的损伤得不到有效的修复,便会造成突变。白念珠菌的突变率很高,但并不是所有DNA受损伤的细胞都会表现出突变型性状,这跟其自身的修复系统有很大关系,主要包括切除修复、错配修复及双链断裂修复等途径,使得绝大多数损伤能够及时修复,从而维持DNA的完整性与稳定性。白念珠菌DNA的损伤修复可能影响其适应性、药物敏感性等表型,从而给临床感染患者的治疗增加难度。本文主要从白念珠菌DNA损伤的产生,损伤信号的传导识别及损伤修复三方面综述目前的研究进展。     

DNA损伤检验点与损伤修复及基因组稳定性

生物有机体基因组DNA经常会受到内源或外源因素的影响而导致结构发生变化,产生损伤;在长期进化过程中,有机体也相应形成了一系列应对与修复损伤DNA,并维持染色体基因组正常结构功能的机制。其中DNA损伤检验点（DNA damage checkpoint）就是在感应DNA损伤的基础上,对损伤感应信号进行转导,或引起细胞周期的暂停,从而使细胞有足够的时间对损伤DNA进行修复,或最终导致细胞发生凋亡。DNA损伤检验点信号转导途径是一个高度保守的信号感应过程,整个途径大致可以分为损伤感应、信号传递及信号效应3个组成部分。其中3-磷脂酰肌醇激酶家族类成员ATM（ataxia-telangiectasia mutated）和ATR（ataxia-telangiectasia and Rad3-related）活性的增加构成整个途径活化的第一步。它们通过激活下游的效应激酶,Chk2／Chk1,通过协同作用许多其他调控细胞周期、DNA复制、DNA损伤修复及细胞凋亡等过程的蛋白质因子来实现细胞对DNA损伤的高度协调反应。近十几年,随着此领域研究的不断深入,人们逐步揭示了DNA损伤检验点途径发生过程中,各种核心组分通过与不同调节因子、效应因子及DNA损伤修复蛋白间的复杂相互作用,以实现监测感应异常DNA结构并实施相应反应的机制;其中,检验点衔接因子（mediators）及染色质结构,尤其是核小体组蛋白的共价修饰在调控ATM／ATR活性,促进ATM／ATR与底物间的相互作用以及介导DNA损伤位点周围染色质区域上多蛋白复合物在时间与空间上的动态形成发挥着重要的作用。同时,人们也开始发现DNA损伤检验点途径与DNA损伤修复、基因组稳定性以及肿瘤发生等过程之间某些内在的联系。该反应途径在通过协调细胞针对DNA损伤做出各种反应的基础上,直接或间接地参与或调控DNA损伤修复过程,并与DNA损伤修复途径协同作用最终保证染色体基凶组结构的完整性,而检验点途径的改变,则会引起基因组不稳定的发生,包括从突变频率的提高到大范围的染色体重排,以及染色体数量的畸变。如：突变发生在肿瘤形成早期,会大大增加肿瘤发生的几率。文章将对DNA损伤检验点途径机制及其对DNA损伤修复、基因组稳定性影响的最新进展进行综述。     

p53基因与DNA修复

DNA的损伤修复是一个多因子参与的、多环节的复杂修复系统。p53基因以多条信号通路,多种调控方式参与DNA修复。它可以通过其下游一系列靶基因p21、gadd45等调控细胞周期,使细胞停滞于G1期、G2期等检测点,从而使受损DNA有足够的时间进行多因子参与的修复过程;也可以与DNA修复因子PRSA、PCNA、XPp48基因等相互作用,直接参与DNA修复;还可以蛋白－蛋白相互作用参与DNA修复。     

O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶研究进展

C⁶-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶是细胞中一种重要的DNA损伤修复酶,它在抵御烷化剂所致的细胞突变和死亡中扮演重要的角色。本文综述近年来关于这个酶的研究进展,内容包括酶及其基因,酶与细胞突变,酶与肿瘤化疗的关系。     

从DNA修复机理看细胞癌变的发生机制

DNA损伤是引起基因突变,导致细胞恶性转化的重要原因．DNA损伤的修复过程非常复杂,是与细胞周期调节、DNA复制和DNA转录等生命活动紧密相连的．首先DNA修复需要细胞周期停滞,避免DNA损伤进入子代细胞．其次,参与DNA转录的某些基因产物参与DNA损伤的识别,有利于转录链的优先修复．最后,DNA修复系统NER、MMR参与损伤修复．上述DNA修复过程任何环节的异常,都将造成DNA修复功能减弱,导致某些功能基因突变,从而导致细胞的恶性转化．     

DNA修复酶的结构和功能

DNA修复酶是一类能保护生物体免受各种DNA损伤的毒性效应和保证遗传信息完整性的重要酶蛋白。近年来对DNA修复酶晶体结构的研究揭示了一些结构基序参与了酶蛋白与特定DNA损伤的识别过程,这些研究结果促进了对修复特定DNA损伤的作用机理和结构基础的认识和了解。本文综述了这方面的研究进展。     

细胞DNA损伤检控系统在维持端粒稳定中的功能

真核生物的DNA损伤检控系统是维持细胞基因组稳定的一个重要机制,该系统能检测细胞在生命活动过程中出现的DNA损伤并引发细胞周期阻滞,对DNA损伤进行修复,以维持细胞遗传的稳定性。端粒是位于真核细胞染色体末端由重复DNA序列和蛋白质组成的复合物,具有保护染色体、介导染色体复制、引导减数分裂时的同源染色体配对和调节细胞衰老等作用。虽然端粒与DNA双链断裂都具有作为线性染色体末端的共同特点,但正常端粒并不像DNA双链断裂那样激活DNA损伤检控系统。另一方面,端粒又与DNA损伤相似,因为多种DNA损伤检控蛋白在端粒长度稳定中起重要作用。因此DNA损伤检控系统既参与了维持正常端粒的完整性,又可对端粒损伤作出应答。现就DNA损伤检控系统在维持端粒稳定中的作用及其对功能缺陷端粒的应答作一简要综述。     

泛素/类泛素化调控DNA损伤修复机制研究进展

细胞对DNA损伤进行精确、高效修复的机制被称为DNA损伤应答机制,增殖细胞核抗原(PCNA)在DNA损伤修复机制中起着核心的作用。当细胞遭遇到DNA损伤时,PCNA通过泛素化及类泛素化的翻译后修饰对DNA修复过程进行调控。本文重点阐述DNA损伤修复的不同方式,以及泛素/类泛素化相关蛋白参与调控DNA损伤修复过程的研究进展,并分析了DNA损伤修复与机体的衰老和发育之间的密切关系,为研究DNA修复蛋白的缺失在相关疾病中的作用机制提供新思路。     

大肠杆菌中整合的F′质粒带动细菌染色体复制需要recA基因

大肠杆菌的dnaA46突变能被F′质粒整合抑制。整合抑制的菌林(Sin菌株)在通过转导引入了recA56突变后又变得不能在40℃中生长。标记转移、吖啶橙敏感性,F′质粒消除和mini-染色体质粒转化等实验说明,Sin菌株中F′质粒始终处于整合状态,并且在40℃中细菌染色体的复制由整合状态的F′质粒所带动。比较了Sin recA~ 和Sin recA~-菌株在不同温度中的DNA、蛋白质的生物合成情况。实验结果说明recA基因在DNA复制过程中起作用。前人的工作证明了recA基因在DNA重组和DHA损伤应急修复(SOS)过程中是一个关键的基因。本文的工作为recA基因的功能提供了新的认识。     

范可尼贫血与泛素化

Fanconi贫血是一种罕见的隐性遗传性疾病,临床常以先天性畸形、进行性骨髓衰竭和遗传性肿瘤倾向为主要表现而确诊。FA病人细胞对DNA交联剂如丝裂霉素C (MMC)高度敏感。目前已经发现至少12种FA基因的缺失或突变能够引起FA表型的出现,其中10种相应的编码蛋白形成FA复合物共同参与FA/BRCA2 DNA损伤修复途径—FA途径。FA核心复合物蛋白FANCL具有泛素连接酶活性,在结合酶UBE2T共同作用下,催化下游蛋白FANCD2单泛化,泛素化FANCD2与BRCA2形成新的复合物,修复DNA损伤。去泛素化酶USP1在DNA修复完毕后移除FANCD2的单体泛素,使因损伤修复而阻滞的细胞周期继续进行。机体很可能在不同信号通路对FANCD2泛素化/去泛素化的精细调节下,调控FA途径参与不同的DNA修复过程。     

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放射损伤与p53

电离辐射等多种因素可以引起DNA损伤,表现为碱基改变、DNA双链断裂(DNA double-strand breaks,DSBs)和DNA单链断裂(Single-strand breaks,SSBs)等多种形式。DNA损伤后,细胞发生应答,即引起细胞周期阻滞和/或细胞程序性死亡,以减少损伤引起的染色体畸变和基因组不稳定。在细胞应答过程中,p53蛋白水平和活性均发生变化,介导细胞周期阻滞、程序性死亡,并直接参与DNA损伤修复过程。     

RNA损伤修复

传统的观念认为RNA损伤修复远不如DNA损伤修复重要,然而,随着RNA甲基化损伤修复机制及RNA修复酶的发现,这一观点受到了巨大的挑战。RNA损伤可以诱导细胞周期阻滞和凋亡,RNA修复可能是一种细胞防御机制,在细胞损伤应激反应中发挥重要作用,还可能与肿瘤发生有关。     

3-氨基苯酰胺对氧化应激诱导的HeLa细胞端粒DNA链断裂重连接作用的影响

端粒是位于真核细胞染色体末端的DNA-蛋白质复合体,在维持染色体稳定上起着重要的作用,并且与细胞的衰老和凋亡有着密切的关系.在各种DNA损伤中,单链断裂(single-strand breaks, SSBs)是最常见的类型之一,既可直接通过内源活性氧或离子化辐射产生,也可间接地在DNA代谢或碱基切除修复期间产生.已知多聚(ADP-核糖)聚合酶［poly(ADPribose) polymerase, PARP］在SSBs修复中起着极为重要的作用.本实验观察了PARP抑制剂3-氨基苯酰胺(3-aminobenzamide, 3-AB)对氧化应激诱导的HeLa细胞端粒DNA链断裂重连接的效应以及对过氧化氢(H2O2)抑制HeLa细胞增殖的影响.结果表明3-AB能够显著地抑制氧化应激诱导的HeLa细胞端粒DNA链断裂后的重连接作用,并能增强H2O2对HeLa细胞增殖的抑制作用,提示PARP参与了端粒DNA链断裂损伤的修复过程.     

抗菌肽P7抑制大肠杆菌的非膜作用机制北大核心CSCD

【目的】研究抗菌肽P7抑制大肠杆菌的非膜作用机制。【方法】P7与溴化乙锭竞争结合大肠杆菌基因组DNA的荧光光谱,分析P7与DNA的结合方式;流式细胞术分析P7与大肠杆菌基因组DNA结合对细菌细胞周期的影响;采用磁珠富集和PCR扩增相结合的方法分析P7特异结合的DNA序列;通过实时荧光定量PCR分析P7对大肠杆菌DNA复制和SOS损伤修复基因表达的影响;核酸染料的荧光分析研究P7对大肠杆菌DNA和RNA合成的影响。【结果】P7以嵌插的方式作用于大肠杆菌基因组DNA碱基对并形成肽-DNA复合物,使溴化乙锭-DNA复合体系的荧光强度减弱。P7可以显著增加大肠杆菌细胞周期中S期细胞数目,抑制大肠杆菌DNA复制。P7特异性结合rnh A使该基因表达水平显著下调2.24倍。同时,在肽的影响下参与大肠杆菌DNA复制相关的ssb、dna G、lig B和rnh A基因的表达水平显著下调(P<0.05),DNA损伤修复的rec A和rec N基因显著上调(P<0.05)。P7可降低大肠杆菌DNA和RNA的合成。【结论】P7特异性地结合rnh A序列引起大肠杆菌DNA的损伤并抑制大肠杆菌的DNA复制。在P7的影响下,参与大肠杆菌DNA复制相关的基因的表达水平下调,DNA损伤修复基因显著上调,同时抑制大肠杆菌DNA和RNA的合成。     

基因组编辑对酿酒酵母DNA的损伤作用及修复响应

【目的】为了研究基因组编辑工具CRISPR/Cas9和CRISPR/Cpf1所产生的DNA双链断裂(DNA doublestrandbreak,DSB)对酿酒酵母DNA的损伤作用及修复响应情况,对比化学物质甲基磺酸甲酯(methyl methanesulfonate,MMS)对酿酒酵母基因组DNA的损伤和修复,阐明编辑细胞在细胞水平和转录水平上的变化。【方法】起始细胞分为两种情况,包括未进行细胞周期同步化和被α-因子同步化细胞周期至G0/G1期。检测CRISPR/Cas9和CRISPR/Cpf1处理后编辑细胞的生长情况。利用流式细胞术检测编辑细胞的细胞周期延滞的情况。利用荧光定量PCR检测编辑细胞和MMS处理细胞后DNA损伤响应关键基因转录表达水平的变化情况。【结果】起始细胞无论是未同步化还是同步化,其生长均受到基因组编辑抑制,细胞存活率降低,细胞周期被滞留在G2/M期,而MMS处理导致细胞周期S期的滞留。此外,随编辑时间的延长,突变率增加,细胞存活率降低。CRISPR/Cpf1编辑细胞的突变率和存活率均低于CRISPR/Cas9,由此可见,CRISPR/Cpf1对细胞的损伤强度高于CRISPR/Cas9。两种编辑均诱导酵母DNA损伤响应关键基因RNR3及HUG1转录水平显著上调,并且CRISPR/Cpf1介导的上调幅度大于CRISPR/Cas9,但两者均低于MMS的处理。【结论】本研究解析了CRISPR/Cas9和CRISPR/Cpf1介导的基因组编辑在细胞水平和转录水平上对DNA损伤作用及修复响应,初步揭示了酿酒酵母应对不同类型的DSB损伤时响应程度的差异,为提高基因组编辑工具的编辑能力和评估基因编辑安全性提供了重要依据。