限制性核酸内切酶（restrictionendonuclease）

利用基因重组技术的研究以及产品的制造得到广泛普及，其中的有功之臣就是限制性核酸内切酶。具有识别特定的碱基序列并加以切割的功能。日本东京大学的小宫山真教授为我们就其有关机理及应用用研究进行阐述。[编者按]     

限制性核酸内切酶或特异位点的DNA内切酶

目前对那些在原核生物中看来普遍存在的特异位点核酸内切酶的看法,由于探索重组DNA技术学的工具而受到了严重地歪曲。仅分离到了具有识别3-7个特异碱基范围序列的酶。当然这些内切酶在复合组基因的分析、“逆转遗传学”(“reverse genetics”)的兴起以及在真核中基因表达区的最近突破,特别是在了解肿瘤病毒RNA的作用过程中和免疫球蛋白的表达中基因重排等方面的用途上在过去的五年深为分子和细胞生物学家们体会到了。已发现了在识别顺序中有交错、对称、不对称及简并巨大多样性。同时考虑到特异位点重组和(或)DNA降解方面的遗传学资料,说明我们现在所收集的内切酶只能代表一个程度极其复杂的特异性窄谱。这些酶本身也为生物物理学家们和生物化学家们提供了探索DNA-蛋白质相互作用的微妙问题的丰富材料。     

核酸内切酶在细胞凋亡中的作用

核酸内切酶在形成细胞凋亡的典型特征——DNA片段化中,发挥着直接的重要作用.介绍了已知的参与细胞凋亡的二价金属离子依赖性和非依赖性核酸内切酶种类,其中二价金属离子依赖性主要有nuc18、DNaseⅠ、Ca^2＋/Mg^2＋核酸内切酶、Ca^2＋/Mn^2＋核酸内切酶、DNaseγ、nuc58和nuc40;二价金属离子非依赖型主要有DNaseⅡ及类似核酸内切酶.此外,还初步探讨了核酸内切酶降解染色质DNA的过程及其作用机制.     

基因操作原理

本刊为向从事遗传工程工作的科研人员、高等学校的教学人员以及科研管理人员介绍遗传工程的基础知识,从本期起连载“基因操作原理”一书的各章节。     

限制性核酸内切酶Bsp 63Ⅰ的纯化及性质研究

用Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｐｈａｅｒｉｃｕｓ６３菌为材料,经ＤＮＡ－Ｓｅｐｈａｒｏｓｅ和ＣｉｂａｃｒｏｎＢｌｕｅＦ３ＧＡ－Ｓｅｐｈａｒｏｓｅ两步亲和层析,将Ｂｓｐ６３Ⅰ纯化到均一程度。酶比活力达６１４００Ｕ／ｍｇ蛋白。用凝胶过滤法测得该酶分子量为１１３８００。该酶样品在ＳＤＳ－ＰＡＧＥ中呈现为一条蛋白带,并测得其亚基分子量为５６８００。用ＤＮＳ－Ｃｌ法测得该酶Ｎ－末端氨基酸为丙氨酸。上述结果表明该酶分子是由两个相同亚基组成。     

单纯疱疹病毒基因组的限制性核酸内切酶分析

为了获得单纯疱疹病毒(HSV)基因组的限制性核酸内切酶(RE)分析资料和选择合适的RE去研究HSV感染,用11种常用的RE对HSV两个型别的实验室标准毒株的基因组分别作了分析。比较研究的结果表明,BamHI、HpaI和PstI等RE较适于HSV的研究和分型。本研究所采用的小量提取HSV DNA的方法具有快速、简便和实用的特点,值得在HSV感染的诊断、分型和HSV分子流行病学诸研究中推广使用。     

锌指核酸酶在基因组定向修饰中的应用

同源重组和逆转录病毒介导转基因法是目前基因组修饰中常用的两种主要方法.由于这些传统方法效率低,特异性差等缺点,制约了其在研究中的应用.锌指核酸酶(zinc finger nuclease,ZFN）是一种人工合成酶,含有锌指蛋白DNA结合域和非特异性核酸酶FokI结构域. ZFN在对基因组的靶向修饰时,表现出高度特异性和高效性. 最新研究结果显示,锌指核酸酶在哺乳动物细胞和斑马鱼基因组靶向敲除的效率高达20%.这一技术的出现,将给基因组靶向修饰的研究和应用领域带来革命,特别是在基因治疗人类疾病方面有巨大的潜力和广阔的前景.     

利用人工锌指蛋白核酸酶进行植物基因定点突变和置换

基因定点突变技术在基因组原位改变基因特定序列,避免常规转基因过程中位置效应和插入失活。定点突变生物体不含转基因或标记基因,降低风险性。高等植物基因定点突变研究初见端倪,将可能为基因原位功能研究、作物遗传改良和分子设计提供有效策略。利用锌指蛋白核酸酶（Zinc Finger Nucleases, ZFN）引入DNA定点断裂（Double-Strand Breaks, DSBs）可以高效介导基因定点突变,使得ZFN在基因定点突变中倍受关注。文章综述了植物基因定点突变的一般策略,重点介绍了锌指蛋白的结构、原理、应用,特别是ZFN介导的植物基因定点突变与置换研究进展,并对ZFN介导的植物基因定点突变与置换应用前景进行了讨论。     

锌指核酸酶技术在植物基因工程中的应用

锌指核酸酶(zinc finger nucleases,ZFNs)由3到4个锌指结构(zinc fingers,ZFs)和FokⅠ核酸内切酶的剪切结构域组成。锌指核酸酶(ZFNs)通过锌指结构(ZFs)与特异核酸位点结合,再利用FokⅠ的酶切作用切割DNA,引起特异位点DNA双链断裂(double strand break,DSB)。DNA双链断裂可以通过非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ) 或同源重组(homologous recombination,HR)来修复。在修复过程中实现对基因组DNA的靶向修饰。介绍了锌指核酸酶结构、人工构建途径,作用机理和试验步骤,重点综述了锌指核酸酶技术在植物基因工程的应用。     

编码锌指蛋白的人类新基因TFL76的电子克隆

目的：根据基因同源同功原理电子克隆人类新基因。方法：利用基于基因识别软件Genescan和EST拼接的同源基因克隆法得到人类新基因序列TFL76,再利用生物信息学数据库和软件对其进行功能的预测和分析。结果：TFL76的cDNA序列长2268bp,开放阅读框编码677个氨基酸残基,含12个连续的C2H2型锌指基序,其分子量为76kDa。编码区序列被4个内含子分割。染色体定位于19q13．4。此位点存在很多与胃癌、膀胱癌、乳腺癌等癌症相关的基因。TFL76的N末端含有多种蛋白激酶的磷酸化位点和核定位信号。结论：TFL76可能是一个和癌症相关的核转录因子。     

斜纹夜蛾核多角体病毒DNA XbaI 4.0 kb片段锌指蛋白基因及重复序列分析

测定了斜纹夜蛾核多角体病毒 (Spodopteralituranucleopolyhedrovirus,SpltNPV)中山大学分离株基因组DNAXbaI4.0kb片段全序列 ,该片段包括一个锌指蛋白基因及三个区域的DNA重复序列 (SR1、SR2、SR3)。该锌指蛋白基因读码框为 2 196个核苷酸 ,编码 731个氨基酸的蛋白质 ,分子量为 83 .0 9kD ,该蛋白的等电点为 4.6 1。在其 5′非编码区内有一个杆状病毒早期启动子基序GAGT及一个TATA盒 ,在其终止密码的下游有 5个真核生物转录mRNA时poly(A)加尾信号AATAAA。在 2 2 3～ 2 41氨基酸残基之间有一个锌指蛋白基序 ,这一基序属于锌指蛋白基序中的C3HC4类 ,即环指 (Ringfinger)类基序。在 32 3～ 340氨基酸残基区域为一个核定位信号。该蛋白可能为一个高度折叠的蛋白质。在该片段中存在三个DNA重复序列区域 (SR1、SR2、SR3) ,其中SR1与SR3区域存在更大量的重复序列 ,SR1区域其中的一个重复序列长达 41bp ,SR1、SR3重复序列区域可能作为该病毒转录的增强子 ,或者作为DNA复制的起始点。     

小鼠锌指蛋白基因ZF-12的克隆与基因结构以及5′端启动子活性的分析

人类锌指蛋白ZNF191为类krueppel转录因子,其可能与神经精神病、心血管疾病和肝癌等疾病的发生或发展有关,为了采用基因敲除模型来探讨它的生理功能,克隆和定位其在模式生物（小鼠）中的同源基因,并阐明其结构特征是必需的。通过筛选小鼠λ噬菌体基因组文库,获得了它在小鼠中的同源基因ZF－12基因组全长片段。序列分析表明：该基因含有4个外显子和3个内含子,内含子都遵循GT／AG的剪接模式;第91密码子处存在单核苷酸多态性;可能存在2种大小不同的3′端的非翻译区（3′－UTR）;与锌指蛋白基因Zfp-35相连锁,可将其定位于18号染色体的B3－C带上或附近;5′端上游存在1个约250bp高度富含GC的启动子序列。ZF－12基因的5′端系列缺失荧光素酶基因报告载体的瞬时转染实验表明:其上游序列（-762～ 70bp）具有启动子转录活性,在更上游的序列（－824～-762bp)上可能存在负调控元件。这项研究结果为进一步的基因敲除研究奠定了基础。     

胡杨锌指蛋白基因克隆及其结构分析

锌指蛋白属于核转录因子家族,在原核生物与真核生物基因转录调控中发挥作用。分析了耐盐锌指蛋白Alfin-1基因在苜蓿与拟南芥中的保守性后,设计了一对引物。以胡杨水培叶片为材料,从总RNA中通过RT-PCR分离得到一个锌指蛋白基因,其cDNA长924bp。分析其氨基酸序列表明,存在一个典型的Cys2/His2锌指结构,从第556位开始有一个富含G的启动子结合位点GTGGGG。由于具有相同功能的转录因子在结构和DNA结合区的氨基酸序列上具有保守性,因此,从结构分析上可以推测该基因与Alfin-1在功能上是有一定的相关性。     

小麦锌指蛋白基因的克隆、序列与表达分析

根据R基因及其调控基因保守序列设计简并性引物,对白粉菌接种和未接种处理的一对抗病和感病的小麦—黑麦等位突变易位系TAM104R和TAM104S总RNA进行RT-PCR扩增,得到一个诱导表达的cDNA片段。序列分析表明,该片段全长2474bp,其中含有一个822bp的完整开放阅读框,推测其编码一个有273个氨基酸残基、分子量约31kD的蛋白质分子。蛋白质的氨基酸序列比对显示,该蛋白质分子具有C2HC锌结合motif CX2CX4HX4C结构和锌指domain,可见克隆的cDNA是一个锌指蛋白基因,命名为TaZF。Southern杂交表明,TaZF在抗病易位系TAM104R的基因组中是多拷贝的。半定量RT-PCR分析显示,TaZF基因属组成型表达、但受白粉菌诱导表达上调的基因,推测其与白粉病菌的侵染过程相关。基因组DNA专化扩增、克隆和测序揭示TaZF基因无内含子。     

小鼠BTB/锌指结构新基因Bsg6的克隆及表达谱分析

Bsg6 (brain specific gene 6) 是用消减差异筛选的方法克隆的小鼠头部特异表达 新基因. Bsg6基因cDNA长3 871 bp,编码一个670个氨基酸残基的蛋白,GenBank 登录号AY635051,位于小鼠第4号染色体,由2个外显子构成. Bsg6蛋白含有一个N端BTB（Broad complex, Tramtrack, and Bric a brac）结构域和两个C端C２Ｈ２型锌指结构域. 小鼠Bsg6蛋白与其在人类和鸡中同源蛋白的同源性分别为86.2%和79.1%. Bsg6在小鼠胚胎中的表达具有一定动态性,在E8.5的小鼠胚胎中,Bsg6主要在前脑和神经管表达. 在E9.5的小鼠胚胎中,Bsg6的表达明显增强并主要集中在前脑的端脑部. Bsg6在E10.5小鼠胚胎端脑的表达出现了下降,但是在中脑和后脑的表达增加,此外,Bsg6 mRNA的表达还出现在肢芽和尾部. 在HH10期的鸡胚中,Bsg6主要在头部和神经管前端表达. Northern杂交结果显示,Bsg6在很多小鼠成体组织中没有表达,但是在破骨细胞瘤中高表达. Bsg6的表达谱提示,Bsg6可能是在器官形成期对脑的发育起到重要作用的转录因子,而且其表达受到严格的调控,此外Bsg6还能与肿瘤的发生有关.