基因组G-四链体与疾病的关系

G-四链体(G-quadruplex, G4)是一种特殊的核酸二级结构,形成于单链DNA或者RNA的富含鸟嘌呤的区域。其广泛存在于基因组中,多位于端粒、启动子和UTR等区域。G4结构检测的生物物理学方法可以获取G4具体的空间结构信息,而生物学检测方法通常与高通量测序技术结合,可以对G4做全基因组范围内的测序分析。G4结构在生物体内有着非常重要的调控功能,它可以影响染色质结构、基因调控以及基因组稳定性,因此与人类疾病密切相关,包括癌症、神经系统疾病、贫血症等。G4可以作为药物的靶标,迄今已有许多G4特异的配体被研发出来,在疾病治疗方面无疑具有很好的应用前景。     

人Latexin基因及蛋白质的生物信息学分析

Latexin(Lxn)是人的羧肽酶抑制剂,并有肿瘤抑制因子的作用。利用生物信息学分析Lxn基因的启动子和Cp G岛以及Lxn蛋白质的理化性质、结构特点、功能特征后发现,Lxn基因存在两个启动子和Cp G岛,且一个Cp G岛与启动子重合;Lxn是全长222个氨基酸,等电点5.52,无信号肽、无跨膜结构的亲水不稳定蛋白质;蛋白质二级结构有4个α螺旋和9个β折叠,三级预测结构可信度为99.55%,拉曼图表明结构稳定;与Lxn相互作用的蛋白质主要是羧肽酶,另外Lxn还参与炎症反应和温度引起的痛觉反应等生物过程;启动子和氨基酸在灵长类间的同源性极高。对Lxn的表达、结构及功能的预测分析可以为研究Lxn在生命过程中的作用提供重要的信息。     

家蚕胚胎中胚胎发育因子基因BmEDFG4结构的验证及其结合蛋白的筛选

【目的】本研究旨在通过寻找家蚕Bombyx mori胚胎发育因子(embryonic development factor, EDF)基因BmEDF G-四链体(G-quadruplex, G4)结构的结合蛋白,进一步探究G4结构调控家蚕胚胎发育的可能作用和机制。【方法】通过圆二色谱(circular dichroism, CD)和凝胶迁移实验(electrophoretic mobility shift assay, EMSA)验证G4序列在体外是否形成G4结构;通过启动子活性实验验证BmEDF启动子区G4结构对BmEDF的表达调控的影响;通过qRT-PCR检测BmEDF在家蚕胚胎发育各时期的表达量变化。通过EMSA联合质谱分析可能与BmEDF的G4结构结合的蛋白,然后将与G4结构结合的2个候选蛋白BmeIF4H和BmADDH分别进行基因克隆、表达和纯化,再通过EMSA实验分别验证候选蛋白BmeIF4H和BmADDH与BmEDF的G4结构结合与否。【结果】CD和EMSA实验都证明BmEDF的G4序列在体外可以形成G4结构。启动子活性实验表明BmEDF G4结构的存在对BmEDF转录表达具有正调控的作用。qRT-PCR结果表明BmEDF在产卵后120 h时表达量显著升高。经原核表达纯化,获得BmeIF4H和BmADDH重组蛋白。EMSA实验表明重组蛋白BmeIF4H在体外与BmEDF的G4结构结合,BmADDH不与BmEDF G4结构结合。【结论】家蚕胚胎中的BmeIF4H蛋白可能与BmEDF的G4结构结合。本研究为解析家蚕胚胎发育的DNA高级结构调控机理提供了实验证据。     

DNA鸟嘌呤四联体研究进展

鸟嘌呤(G)四联体(G-quadruplex,G4),是指在DNA或RNA链中,富含G碱基的区域通过Hoogsteen氢键配对使G环互联形成的一种四链二级结构。人和动物的研究结果表明,G4广泛参与了DNA复制、转录、翻译和端粒结构维持等一系列基本的生物学功能。相比之下,植物G4生物学功能研究严重滞后。综述了人和动物DNA G4的研究方法,生物学功能及其可能的作用机制等研究进展;总结了植物G4的研究现状及其可能的生物功能;最后展望了G4在人类疾病诊断和治疗,农用物分子育种等方面的应用前景。     

SENP1启动子G-四链体鉴定及其作用研究

目的:研究G-四链体(G4)对SUMO特异性蛋白酶1(SUMO-specific proteases 1,SENP1)基因的转录调控作用。方法:克隆不同的SENP1启动子片段构建SENP1启动子报告质粒,通过报告基因检测鉴定SENP1启动子核心转录调控区;分析SENP1启动子核心转录调控区序列,并进行G4形成序列预测;合成G4形成序列寡核苷酸,利用圆二色谱分析检测G4形成序列寡核苷酸的拓扑结构;通过G4配体TMPyP4处理和过表达G4解旋酶G4R1结合报告基因检测和Western blot鉴定启动子G4对SENP1转录表达的调控作用。结果:发现-910～+226区域是SENP1启动子的核心转录调控区,序列富含G/C;生信分析发现SENP1启动子核心区存在G4形成序列;圆二色谱分析证实SENP1启动子G4形成序列能够形成G4结构;报告基因检测和Western blot检测发现启动子G4对SENP1转录表达具有抑制作用。结论:SENP1启动子核心转录调控区存在G4结构并对其转录表达具有抑制作用,为揭示SENP1在生理和病理过程中的作用机制提供新的研究思路和试验线索。     

SENP1启动子G-四链体鉴定及其作用研究

目的:研究G-四链体(G4)对SUMO特异性蛋白酶1(SUMO-specific proteases 1,SENP1)基因的转录调控作用。方法:克隆不同的SENP1启动子片段构建SENP1启动子报告质粒,通过报告基因检测鉴定SENP1启动子核心转录调控区;分析SENP1启动子核心转录调控区序列,并进行G4形成序列预测;合成G4形成序列寡核苷酸,利用圆二色谱分析检测G4形成序列寡核苷酸的拓扑结构;通过G4配体TMPyP4处理和过表达G4解旋酶G4R1结合报告基因检测和Western blot鉴定启动子G4对SENP1转录表达的调控作用。结果:发现-910～+226区域是SENP1启动子的核心转录调控区,序列富含G/C;生信分析发现SENP1启动子核心区存在G4形成序列;圆二色谱分析证实SENP1启动子G4形成序列能够形成G4结构;报告基因检测和Western blot检测发现启动子G4对SENP1转录表达具有抑制作用。结论:SENP1启动子核心转录调控区存在G4结构并对其转录表达具有抑制作用,为揭示SENP1在生理和病理过程中的作用机制提供新的研究思路和试验线索。     

脊髓损伤炎症中的NF-кB信号通路

脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)是脊柱损伤最严重的并发症,致残率极高,不仅导致患者损伤节段以下肢体严重的功能障碍,同时也给整个社会造成巨大的经济负担。SCI后,中性粒细胞、巨噬细胞和T细胞等共同介导炎症反应,而核因子κB(NF-κB)通路是介导脊髓损伤后炎症反应的核心。NF-κB最早于1986年发现,其能与免疫球蛋白κ轻链基因增强子特异性结合。后续研究发现,其能与多种基因启动子部位的κB点发生特异性结合促进转录,是一类核因子DNA结合蛋白质的总称。NF-κB能够和许多基因启动子区域的固定核苷酸序列结合而启动基因转录。在机体的免疫应答、炎症反应及细胞的生长调控等方面发挥重要作用。大量研究证实,与SCI炎症密切相关的炎症细胞因子(IL-1、TNF-α、IL-6、IL-10等)、黏附分子(ICAM-1、VCAM-1、E选择素等)及趋化因子(CCL2、CCL3、CXCL8等)的基因启动部位均含有κB位点。SCI后,NF-κB信号通路被异常激活,大量炎症、趋化、黏附因子释放,加重SCI继发性炎症反应。因此,NF-κB在SCI病程中发挥的作用受到广泛重视。本文主要综述NF-кB的特性和其在脊髓损伤炎症中的研究进展和治疗前景,为后续SCI的炎症靶向治疗提供理论依据。     

SENP1启动子G-四链体鉴定及其作用研究 *

目的:研究G-四链体(G4)对SUMO特异性蛋白酶1(SUMO-specific proteases 1, SENP1)基因的转录调控作用。方法:克隆不同的SENP1启动子片段构建SENP1启动子报告质粒,通过报告基因检测鉴定SENP1启动子核心转录调控区;分析SENP1启动子核心转录调控区序列,并进行G4形成序列预测;合成G4形成序列寡核苷酸,利用圆二色谱分析检测G4形成序列寡核苷酸的拓扑结构;通过G4配体TMPyP4处理和过表达G4解旋酶G4R1结合报告基因检测和Western blot鉴定启动子G4对 SENP1转录表达的调控作用。结果:发现-910 ~+226区域是SENP1启动子的核心转录调控区,序列富含G/C;生信分析发现SENP1启动子核心区存在G4形成序列;圆二色谱分析证实SENP1启动子G4形成序列能够形成G4结构;报告基因检测和Western blot检测发现启动子G4对SENP1转录表达具有抑制作用。结论:SENP1启动子核心转录调控区存在G4结构并对其转录表达具有抑制作用,为揭示SENP1在生理和病理过程中的作用机制提供新的研究思路和试验线索。     

Gαq介导的信号通路增强RGS4蛋白表达

RGS(regulators of G protein signaling)是G蛋白偶联信号通路中一类重要的调节蛋白,通过加速Gα结合的GTP水解,即GAP(GTPase activating protein)活性,来中止G蛋白信号通路。RGS4是RGS蛋白家族中的重要成员之一,它能有效中止Gαq介导的信号通路。作者研究了Gαq蛋白对RGS4蛋白的表达调控。当在HEK293细胞中共转染这两个蛋白时,持续性激活的Gαq能特异性地显著增加RGS4蛋白的表达。蛋白降解实验结果证明这种增强作用与RGS4的降解被抑制无关,而与RGS4 mRNA表达增强有关。进一步克隆RGS4蛋白的启动子区域并研究其与RGS4表达相互关系的实验结果又表明,持续性激活的Gαq能够显著增强RGS4启动子区的转录活性,且具有时间和浓度效应。同时,转录因子结合区突变体实验证明,ICE(inverted CCAAT box element)转录因子结合区的突变显著影响RGS4基因的转录活性。以上结果表明Gαq可能通过RGS4的启动子区调控其基因的表达,促进RGS4蛋白表达。     

番茄JMJ524基因调控SlGLD1的DNA甲基化分析

旨在分析番茄JMJ524基因如何通过影响Sl GLD1的DNA甲基化程度来调控其表达,从而导致番茄的赤霉素不敏感的矮化。利用生物信息学和BSP(Bisulfite sequencing PCR)分析JMJ524抑制系和野生型的Sl GLD1的DNA甲基化程度。结果显示,分离出Sl GLD1的启动子序列,发现其启动子区域含有3个GA响应的顺式作用元件;Sl GLD1的启动子区域和编码区的DNA是高度甲基化的,而且在不同组织部位和突变体中的甲基化模式是不一样的;在基因的编码区发现了两个GC岛,推测Sl GLD1的甲基化可能发生在基因的编码区;针对这两个GC岛进行的BSP分析结果表明:Sl GLD1的这两个区段的DNA Cp G是高度甲基化的,而且在JMJ524抑制系中,DNA的整体甲基化,特别是Cp G甲基化程度显著低于野生型对照M82。JMJ524抑制表达导致了Sl GLD1的基因甲基化程度降低,从而激活这个基因的表达,可能是导致番茄植株矮化的一个因素。     

基于G4-配体的DNA模拟酶在生物传感中的发展与应用

鸟苷酸-四联体DNA (G4 DNA)是由富含串联重复鸟苷酸(G)的DNA或RNA序列形成的G4片层,并堆叠而成一类独特的核酸二级结构。G4 DNA结合多种特异性配体可形成具有催化过氧化氢活性的G4 DNA模拟酶(G4 DNAzyme)。由于G4 DNAzyme存在着序列构成简便灵活、适合多样传感平台检测等特点,其在新型生物传感方法研发、医学检测新技术研究等领域中应用前景广阔。本文主要依据G4 DNA结合配体的不同,对近年来新发展出的G4 DNAzyme进行分类与回顾,归纳为含氯化血红素(hemin)的G4-Hemin DNAzyme与非G4-Hemin DNAzyme。前者是目前G4 DNA模拟酶的研究主流——本文主要归纳了G4-Hemin DNAzyme在金属阳离子、生物小分子及生物大分子的检测分析方向上所取得的重要研究进展,并阐述其在生物传感领域的影响和优势;后者中的配体则主要包括金属阳离子N-甲基吗啡啉(4-methylmorpholine, NMM)、硫磺素T(thioflavin T,ThT)及新型金属配体(Cu²⁺Ce³⁺)等。...     

人晶体膜内蛋白MPl9基因（LIM2）启动子上一个晶体特异顺式元件的鉴定

使用重叠和变异的寡核苷酸作为探针,凝胶迁移分析和竞争实验分析了LJM2转录起始位点上游-47至-32的区域,与其高度亲和结合的一个蛋白复合体看来仅仅结合到这个DNA双链区域的“敏感”位点。这个位点的序列由4个G核苷,接着7个其他核苷酸(AACCTAA)及连着另外4个G核苷组成,即GGGGAACCTAAGGGG;我们称其为Hsu元件。使用含有这个元件或相应的变异元件所构建的uM2基因启动子-CAT质粒的活性分析表明：Hsu元件是位于LJM2基因启动子之内,它是LJM2基因表达所必须的。结合到Hsu元件的反式因子存于晶体发育期间,看来是晶体特异性的。由于LIM2基因启动子并不包含一个经典的TATA盒,这个Hsu元件可能充当RNA复制酶复合体结合的位点。     

共生菌与卵巢癌相关研究进展CSCD

卵巢癌是女性生殖系统常见的恶性肿瘤之一,病死率居女性生殖系统恶性肿瘤之首。卵巢癌治疗后的复发和耐药是临床难以攻克的关键问题。近年来,多项研究发现体内共生菌的变化和卵巢癌的发生发展密切相关。女性内生殖器和肠道共生菌的改变可能导致卵巢癌的易感性或发展,而卵巢癌的进展又可能反过来影响内生殖器各部位菌群的组成。另外,共生菌对卵巢癌相关化疗药物的抗肿瘤疗效也有重要影响。一方面,部分共生菌与化疗药物联合使用,可增强药物的疗效;另一方面,共生菌的存在可能促进肿瘤的耐药。本文就女性内生殖器和共生菌的改变与卵巢癌的关系以及共生菌对卵巢癌相关化疗药物抗肿瘤疗效的影响进行综述,以期对卵巢癌的筛查、治疗和预防提供新的思路。     

结核分枝杆菌espK基因G-四链体核酸序列多态性与表达调控功能研究

DNA的G-四链体(G-quadruplex,G4)是由富含串联重复的鸟嘌呤(guanine,G)的核酸序列折叠形成的四链体螺旋结构,目前认为其与基因表达调控和基因组稳定性有关。已有研究表明,结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)的espK(Rv3879c)是构成ESX-1分泌系统的一个重要元件,其蛋白序列具有串联重复的GTPITP氨基酸序列多态性。本研究经核酸序列比对分析,确定该氨基酸序列多态性区域对应的模板链上存在G4序列,且该G4序列仅存在于结核分枝杆菌复合群。通过比对结核分枝杆菌临床分离株espK基因的核酸序列,发现espK基因的高频率G1573C突变位于G4序列。为研究该G4结构及基因表达调控功能,首先利用圆二色谱检测其核酸片段在钾离子存在条件下的光谱学特征,证实其可在体外形成具有顺式平行结构特征的G4,同义点突变G4会使其结构稳定性下降。采用重叠聚合酶链反应(overlapping polymerase chain reaction,overlapping PCR)构建含有G4突变的espK表达质粒,获得重组表达菌株。通过实时定量PCR测定espK重组表达菌株中基因转录水平变化,发现同义点突变G4后,其基因转录水平比野生型espK重组菌株提升 1.5 倍(P＜0.05)。此外,临床分离株中espK出现的高频率G1573C突变会破坏G4结构,但蛋白免疫印迹检测结果显示espK G1573C突变导致EspK蛋白表达水平上升。以上结果提示,espK的G4结构具有表达调控功能,该G4区域的序列多态性可能通过影响EspK表达水平来调节ESX-1分泌系统的活性。     

人类干细胞启动子区CG含量与组蛋白修饰的相关性

组蛋白修饰与基因的转录表达关系密切,是表观遗传学的主要内容之一。启动子是调控基因表达的重要元件之一。按照Cp G含量的不同,可以将启动子分为高Cp G含量(HCG)和低Cp G含量(LCG)两类。通过比较人类H1细胞系中16种组蛋白修饰在HCG启动子及LCG启动子上的分布,发现大部分组蛋白修饰在整个启动子区域都是HCG启动子的修饰水平较高,个别组蛋白修饰在启动子的部分区域上是LCG启动子的修饰水平较高;计算了两类启动子中不同组蛋白修饰之间的相关系数,分别得到了HCG启动子和LCG启动子中特有及共有的组蛋白修饰簇;选取了10个与干细胞自我更新相关的关键转录因子基因,对这10个基因的启动子进行了HCG和LCG分类,并得到了每个启动子上组蛋白修饰的分布特异性。这些结果为研究CG含量对于不同组蛋白修饰的影响,以及组蛋白修饰与CG含量共同调控干细胞自我更新的机制,提供了一些理论依据。     

人类干细胞启动子区CG含量与组蛋白修饰的相关性北大核心CSCD

组蛋白修饰与基因的转录表达关系密切,是表观遗传学的主要内容之一。启动子是调控基因表达的重要元件之一。按照Cp G含量的不同,可以将启动子分为高Cp G含量(HCG)和低Cp G含量(LCG)两类。通过比较人类H1细胞系中16种组蛋白修饰在HCG启动子及LCG启动子上的分布,发现大部分组蛋白修饰在整个启动子区域都是HCG启动子的修饰水平较高,个别组蛋白修饰在启动子的部分区域上是LCG启动子的修饰水平较高;计算了两类启动子中不同组蛋白修饰之间的相关系数,分别得到了HCG启动子和LCG启动子中特有及共有的组蛋白修饰簇;选取了10个与干细胞自我更新相关的关键转录因子基因,对这10个基因的启动子进行了HCG和LCG分类,并得到了每个启动子上组蛋白修饰的分布特异性。这些结果为研究CG含量对于不同组蛋白修饰的影响,以及组蛋白修饰与CG含量共同调控干细胞自我更新的机制,提供了一些理论依据。     

DNA甲基化与炎症反应相互作用的研究进展

DNA甲基化转移酶催化基因CpG岛并选择性添加甲基,引起DNA甲基化,使某些区域DNA构象变化,阻止转录因子与启动子结合,并进而抑制基因转录。DNA甲基化与炎症反应密切相关。本文总结DNA甲基化对炎性因子和炎性信号通路的调控机理,以及炎性因子对DNA甲基化转移酶的活化机制。概述炎症反应中DNA甲基化尚待解决的问题,展望DNA甲基化在揭示人类疾病机制,新型药物开发等方面的发展前景。     

人晶体膜内蛋白MP19基因（LIM2）启动子上一个晶体特异顺式元件的鉴定

使用重叠和变异的寡核苷酸作为探针,凝胶迁移分析和竞争实验分析了LIM2转录起始位点上游-47至-32的区域,与其高度亲和结合的一个蛋白复合体看来仅仅结合到这个DNA双链区域的“敏感”位点。这个位点的序列由4个G核苷,接着7个其他核苷酸(AACCTAA）及连着另外4个G核苷组成,即GGGGAACCTAAGGGG; 我们称其为Hsu元件。使用含有这个元件或相应的变异元件所构建的LIM2基因启动子CAT质粒的活性分析表明Hsu元件是位于LIM2基因启动子之内,它是LIM2基因表达所必须的。结合到Hsu元件的反式因子存于晶体发育期间,看来是晶体特异性的。由于LIM2基因启动子并不包含一个经典的TATA盒,这个Hsu元件可能充当RNA复制酶复合体结合的位点。     

G-四链体结构的检测、功能及调控

G-四链体结构是近年来发现的特殊核酸二级结构,它在体内极易形成,分布十分广泛并且具有重要的生物学功能。研究者们已经在体外检测到G-四链体的存在并解析出其晶体结构,各种检测该结构的方法如特异性荧光探针、抗体等也不断被发现或合成。G-四链体不仅广泛分布于端粒、启动子区、外显子等具有重要功能的基因区域,在5'非编码区(5'UTR)、内含子区、3'非编码区(3'UTR)等也有广泛存在。相应区域的G-四链体参与到端粒延长、DNA复制、转录、减数分裂、基因重组等重要的生命过程,发挥抗肿瘤、抗病毒、抑制血管新生等作用。目前基于G-四链体结构的抗肿瘤药物已经进入临床试验阶段并取得了良好的疗效。G-四链体结构的内源性调节包括多种内源性蛋白以及碱基的甲基化等,维持其含量与结构的平衡状态。此外,外源性小分子也可对体内G-四链体的平衡状态发挥调节作用。本文将从化学、生物和医学的角度对G-四链体结构的检测方法及其特殊功能和调控进行系统的论述和展望。     

人肝癌细胞LASP1 启动子的克隆及其核心调控区域的初步鉴定

目的:克隆人肝癌细胞的LASP1基因的启动子区域并找出该基因启动子的核心调控区域。方法:提取肝癌Hep G2细胞总DNA,PCR扩增不同长度的LASP1启动子片段,克隆至PGL3-Basic载体中构建重组表达载体PGL3-P1(2059 bp)、PGL3-P2(1123bp)、PGL3-P3(909 bp)、PGL3-P4(574 bp)和PGL3-P5(159 bp),转化入大肠埃希菌(E.coli)DH5α中,提取质粒经双酶切、PCR及测序鉴定阳性克隆并测序。将构建的重组表达载体、PGL3-Basic载体分别与内参质粒PRL-Tk共转染Hep G2细胞,48 h后经双荧光素酶报告基因检测试剂盒检测其活性。结果:PCR结果、双酶切结果以及DNA测序结果表明成功构建了LASP1启动子荧光素酶报告基因载体;双荧光素酶报告基因检测结果显示,与PGL3-Basic组相比,重组载体PGL3-P1、PGL3-P2、PGL3-P3、PGL3-P4均具有较强的启动子活性(P0.01),其中,PGL3-P4的活性最强。结论:成功构建了人肝癌细胞不同截断长度的LASP1基因启动子荧光素酶报告基因载体,确定了LASP-1基因启动子的核心区域(-581 bp~-8 bp),为进一步研究LASP1基因在肝癌细胞中表达的关键调节因素及分子机制奠定了基础。