西藏温泉蛇血红蛋白高原低氧适应性分子机制研究

本文结合基因组学、分子进化以及计算生物学等分析方法,对西藏温泉蛇(Thermophis baileyi)血红蛋白(hemoglobin,Hb)基因家族成员、基因簇结构和蛋白质结构等进行研究,探索西藏温泉蛇对高原低氧环境适应的分子机制。结果显示,西藏温泉蛇基因组中包含2个α珠蛋白基因和2个β珠蛋白基因,其中β珠蛋白基因簇高度保守,α^A珠蛋白基因在有鳞目祖先分化及形成蛇类和蜥蜴类的过程中发生了基因转座事件,转座后在蛇类中的排列模式为(5′-RREB1,SSR1,α^A,RIOK1,DSP-3′)。西藏温泉蛇α^D和β²基因分别有2个和4个潜在的正选择位点,其中α^D亚基p.Arg9Lys和p.Val36Thr突变使得该亚基血红素口袋体积增大和亲水性升高,这有利于提高O₂的运输效率。β²亚基p.Ser53Asn突变导致血红素口袋的亲水性升高,p.Ile112Leu、 p.Thr135Cys和p.Ala139Ser突变使得β²...     

胎儿血红蛋白的表达调控

胎儿血红蛋白是胎儿体内主要的血红蛋白类型,是由两条α肽链和两条γ肽链组成的四聚体。出生后胎儿血红蛋白在人体中的表达急剧降低至1%,由两条α肽链和两条β肽链组成的成人血红蛋白取而代之成为主要的血红蛋白类型。β地中海贫血和镰刀型细胞贫血发病原因均基于β-珠蛋白基因发生突变,致使β-珠蛋白合成不足或异常,进而引起一系列临床症状。诸多实验结果及临床疗效表明,提高患者体内γ-珠蛋白的表达可部分替代异常β-珠蛋白从而有效缓解患者的临床症状。随着基因治疗的发展,如何安全高效的再激活胎儿血红蛋白的表达成为治疗β型地中海贫血和镰刀型细胞贫血患者的重要科学命题。本文重点回顾近年来γ-珠蛋白表达的调控机制,以期对寻找更加有效激活胎儿血红蛋白的方法提供参考。     

定点突变人α99、β82位的血红蛋白及在大肠杆菌中的表达

模拟分析发现血红蛋白两条α珠蛋白链上 99位的 Lys突变为 Cys后 ,它们之间可以形成二硫键 ,两条β珠蛋白链上 82位的 Lys突变为 Cys后可以增加血红蛋白四聚体间氢键的作用 ,分别起到稳定四聚体的作用 .利用寡核苷酸介导的定点突变技术将α99、β82 位的 Lys突变为 Cys.将突变后的血红蛋白插入 p BV2 2 0载体 ,在大肠杆菌中获得了高效表达 ,其表达产物达细菌总蛋白的2 0 %左右 ,并经 Western印迹证实     

定点突变人α_(99)、β_(82)位的血红蛋白及在大肠杆菌中的表达

模拟分析发现血红蛋白两条α珠蛋白链上 99位的 Lys突变为 Cys后 ,它们之间可以形成二硫键 ,两条β珠蛋白链上 82位的 Lys突变为 Cys后可以增加血红蛋白四聚体间氢键的作用 ,分别起到稳定四聚体的作用 .利用寡核苷酸介导的定点突变技术将α99、β82 位的 Lys突变为 Cys.将突变后的血红蛋白插入 p BV2 2 0载体 ,在大肠杆菌中获得了高效表达 ,其表达产物达细菌总蛋白的2 0 %左右 ,并经 Western印迹证实     

两种血红蛋白病的分子生物学基础的比较

镰形细胞贫血症和地中海贫血症均属于血红蛋白病,血红蛋白是一种含有色素辅基的结合蛋白质,其色素部分是血红素(heme,haem),蛋白质部分是珠蛋白(globin)。血红蛋白是一个四聚体,每个亚单位由一条肽链和一分子血红素组成。构成各种血红蛋白的珠蛋白肽链有7种：α、β、^Gγ、^Aγ、δ、ε和ζ。据统计至今已发现异常血红蛋白200多种,异常血红蛋白携带者有一亿多人。镰贫和地贫都与血红蛋白异常有关,二者的分子生物学基础都涉及到基因突变、缺失而导致某种蛋白链合成障碍,引起融血性贫血,使其发生功能性改变直至致病,但二者又有不同之处,镰贫主要原因是发生了基因的错义突变,而地岔系由于α链或β链合成失去平衡所致．     

人类珠蛋白相关基因上游开放阅读框的变异分析

β-地中海贫血症是一种珠蛋白生成障碍的常染色体隐性遗传病。而γ珠蛋白基因的开放表达和胎儿血红蛋白的合成,是缓解β地中海贫血病人临床表型的一个重要因素。本研究针对202个血红蛋白相关调控基因或miRNA,对1802个β-地中海贫血症患者进行了目标区域捕获测序。通过生物信息学的分析,检测出了所有捕获区域内的突变。进一步对位于5′端非编码区(5′untranslated region, 5′UTR)的突变进行系统扫描,共计寻找到41个影响uORF(upstream open reading frame, uORF)有或无的功能性突变。从中选取了CHTOP基因(chr1:153606541 C>T)和TGFB1基因(chr19:41859418 G>A)的两个突变,通过定点诱变和双荧光素酶报告实验,在体外证实这两个突变均可显著地改变下游基因的表达。该研究结果为β-地中海贫血症临床表型的精确诊断提供了潜在的筛查靶点。     

一个α,β地中海贫血复合家系β珠蛋白基因的进一步研究

 前文~[1]曾报道广西一个α,β地中海贫血复合家系的血红蛋白组成及α珠蛋白基因分析结果,并讨论了各成员可能的β珠蛋白基因结构情况。本文利用先进的PCR即基因扩增技术,结合特异寡核苷酸探针斑点杂交及扩增后直接测定DNA序列的技术,进一步研究并彻底搞请了该家系各成员的β珠蛋白基因结构情况。结果显示:母亲及两个弟弟都是编码子41—42TTCT四个碱基缺失造成框架位移所致β地中海贫血的杂合子。父亲与先证者的β基因均属正常。前三个成员均为α地贫复合β地贫,其α与β珠蛋白链合成的不均衡状态得到改善,贫血症状也明显轻。     

透明颤菌血红蛋白的DNA改组研究

为提高透明颤菌血红蛋白在限氧条件下促进宿主细胞生长的能力,首先通过易错PCR向透明颤菌血红蛋白基因中引入突变,再结合DNA改组对其进行改造。将改组基因置于透明颤菌血红蛋白天然启动子下游,转化大肠杆菌DH5α,构建改组文库。以限氧培养条件下菌体沉淀的颜色为指标进行试管初筛,再以限氧和极端限氧条件下菌体湿重为指标进行摇瓶复筛,最终得到一个高活性突变蛋白VHb'042506。该蛋白使宿主的菌体湿重在限氧和极端限氧条件下较原基因转化子分别提高了31.25%和58.75%。经测序和比对,该基因与原基因相比发生了11处碱基点突变,致氨基酸4处错义突变。CO差光谱实验显示该蛋白具有更强的特征吸收。     

CRISPR/Cas9慢病毒系统敲除胰岛β细胞PKA C-α的研究

利用CRISPR/cas9系统建立稳定敲除PKA C-α基因的INS-1细胞株,研究PKA C-α在胰岛β细胞中的功能。设计2个长25 bp且分别靶向PKA C-α基因的exon 5和exon 7的sgRNA,将其克隆至LentiCRISPRv2-sgRNA质粒并转染至293T细胞中制备sgRNA-Cas9慢病毒,慢病毒感染INS-1细胞,嘌呤霉素筛选出阳性细胞并采用有限稀释法筛选单克隆细胞,Western blotting印记法检测单克隆细胞中PKA C-α蛋白的表达水平,测序确认单克隆细胞中PKA C-α基因的突变位点。WB实验证实靶向Exon 5的sgRNA可成功敲除PKA C-α基因,得到稳定敲除PKA C-α基因的细胞株,测序结果表明该细胞株的PKA C-α基因发生1 bp碱基插入突变,并且敲除PKA C-α基因的INS-1细胞胰岛素分泌能力下降。本实验利用CRISPR/Cas9系统成功敲除INS-1细胞中的PKA C-α基因,为研究PKA C-α在胰岛β细胞中的功能奠定了基础。     

取自转基因猪的血液代用品

美国科学家已生产了一种转基因猪,可望用之减缓对输血用人血的短缺。这种猪可表达人血红蛋白基因,研究者的想法是从猪血中提取人血红蛋白,纯化后以无细胞溶液的形式作为血红细胞代用品的部分使用。用来产生转基因猪的基因构建物含有人β-珠蛋白位置控制区(LCR),两个α1基因和一个β(?)基因。