Alu家族在人类基因组中的作用

Alu家族是灵长类动物特有的且是最重要的短散在元件(short interspersed elements,SINEs),经过6千5百万年的进化,Alu序列在基因组中约有120万份拷贝,占基因组的10%以上。Alu家族在基因组中有很多功能,如介导重组、基因插入和删除、甲基化和A-to-I的编辑作用、调控转录和翻译、选择性剪接等等。Alu家族的变异与疾病和进化存在密切关系。     

人类基因组中的反转录转座子

人类基因组中有35%以上的序列为转座子序列.反转录转座子是引起人类疾病的潜在病因.人类基因组中的主导转座子——L1反转录转座子内部有二个开放读框,其编码蛋白具有RNA结合蛋白、反转录酶和内切酶活性.L1可能通过靶引物反转录机制整合到染色体中;Alu等非自主性反转录转座子可能利用L1反转录酶的反式互补作用进行转座.     

恒河猴基因组SINEs和Alu元件的数量和分布

哺乳动物的基因组中富含各种类型的重复序列,其中的微卫星作为分子标记在相关研究中得到了广泛的应用。而重复序列中的SINEs元件,在各类群物种的分子系统发育、遗传多样性等方面的研究也得到了使用。其中,灵长类物种特有的SINEs元件、Alu元件,也在灵长类物种的进化研究中得到了成功的使用。本研究对于重要的医学模式动物恒河猴的基因组中SINEs和Alu元件进行了搜索,并进一步统计分析其分布规律、长度等信息。在恒河猴基因组的20条常染色体上共发现了Alu元件1 093 185个,在性染色体X上发现了45 215个。长度为200 bp至300 bp区间的Alu元件分布最多;Alu元件中75%的分化值至少都为10,而只有6.2%左右的元件分化值能达到至少20,这一结果表明绝大部分的Alu元件都比较年轻。本研究的统计结果为后续应用SINEs和Alu元件作为分子标记的研究提供了重要的信息。     

Alu家族在4种旧世界猴基因组中的特征

为了揭示转座子对旧世界猴基因组多样性和进化的影响,基于Repbase数据库和RepeatMasker比较了4种旧世界猴——东非狒狒Papio anubis、猕猴Macaca mulatta、绿猴Chlorocebus sabaeus和长鼻猴Nasalis larvatus基因组中转座子的特征,重点关注Alu家族的组成、插入/缺失多态性Alu位点和物种特有Alu插入。结果显示,4个基因组中短散在重复序列拷贝数最丰富,平均分歧率最小,其中灵长目Primates特有的Alu逆转座子的拷贝数超过了100万个(长鼻猴除外)。4个基因组中转座子的基本组成和分布与它们的进化关系相吻合,东非狒狒和猕猴的转座子特征相似,二者与绿猴、长鼻猴有较大差异。通过基因组的两两比较,鉴定了大量在4个基因组间具有插入/缺失多态性的Alu位点,以及7 882个各物种特有的Alu位点,95%以上的物种特有位点都属于AluY家族。研究结果揭示了Alu的转座活动对于旧世界猴动物基因组的进化及多样性具有重要影响。     

Alu序列甲基化水平与两种乳腺癌细胞系转移能力高度相关

目的探讨Alu序列甲基化与乳腺癌转移潜能的关系。方法用亚硫酸氢盐修饰联合限制性内切酶分析法（combined bisulfite restriction analysis,COBRA）、亚硫酸氢盐修饰结合直接测序法（bisulfite sequencing,BSP）检测两株转移能力不同的乳腺癌细胞系MCF7和MDA—MB-435S中Alu甲基化状态,每个样品挑取10个克隆测序。结果MCF7和MDA—MB-435S中Alu甲基化水平均明显低于报道的正常人体细胞Alu甲基化水平,但MCF7中Alu的甲基化水平明显高于MDA-MB-435S。同时,Alu甲基化位点在基因组中分布不均匀。结论乳腺癌的转移潜能可能与Alu序列的去甲基化以及去甲基化位点的分布相关,值得进一步探讨。     

Alu元件在染色质三维结构层次上的生物信息学分析

染色质在细胞核内三维高级结构包括最底层的核小体、核小体组成的"串珠"结构、螺线管纤维结构、染色质/DNA环结构(chromatin/DNA loop)、拓扑结构域(topologically associated domain, TAD)等多层次结构。其中,TAD因在不同的细胞类型中相对稳定且保守,被认为是染色质三维结构的基本单元。Alu元件是一种哺乳动物基因组中占据了较大比例的短散在重复元件,其广泛存在且种类繁多,目前关于Alu元件功能上的研究尚不透彻。本研究对Alu元件与染色质三维结构的关系进行研究,分析了Alu元件在染色质三维结构形成中的作用,并通过染色质三维结构上的距离关系对Alu元件子族的演化流程进行了探索。结果发现,Alu元件参与的染色质间相互作用在高强度的染色质相互作用中的比例随着强度增加而逐渐增高,表明Alu在染色质三维结构构建的过程中发挥了重要的作用。同时,研究还发现Alu元件在染色质上相互作用的强度与进化上的关系存在着一定的正相关性,表现在一维序列进化距离上比较接近的Alu元件在染色质的三维结构上也会彼此相互靠近。     

SV40PolyA片段串联拷贝数目影响GFP报告基因表达

Alu元件（约280bp）是人类基因组中的重要重复序列,串联Alu呈长度依赖性下调GFP报告基因表达,在Alu串联序列上游正向或反向插入SV40PolyA（简称PolyA,240bp）,解除Alu串联序列对GFP基因的抑制作用.PCR法扩增PolyA反序（PolyAas）不同位置的60bp片段,插入pAlu14质粒（14个Alu正向串联插入pEGFP-C1）的GFP基因和Alu14之间,瞬时转染HeLa细胞,通过荧光显微镜观察和Northern检测,1F1R（PolyAas5′端第1个60bp片段）和4F4R（自PolyAas5′端计算第4个60bp片段）不能活化基因;2F2R和3F3R（PolyAas中间的2段）可以解除Alu14对GFP基因的抑制作用.将2F2R和3F3R各自反复首尾串联,分别插入pAlu14质粒GFP基因和Alu串联序列之间,瞬时转染HeLa细胞,用插入4个2F2R的pAlu28,插入4个3F3R的pAlu18,插入4个3F3R的pAlu28作长度对照,以排除由于插入片段长度增加可能对结果造成的干扰,发现2～4个拷贝的2F2R和3F3R活化基因作用高于一个拷贝的同样片段,但是多于8拷贝以后,活化GFP基因作用减弱.本实验证明,SV40 PolyAas至少含有两段活化基因序列,活化基因序列（2F2R,3F3R）的最适活化基因条件需要合适的拷贝数.     

国内信息

人类基因组序列“工作框架图”绘制完毕2 0 0 0年 6月 2 6是人类生命科学史上一个重要里程碑。这一天 ,美、日、德、法、英、中六国科学家同时宣布人类基因组序列“工作框架图”绘制完毕。这一成果昭示人类对自身的了解迈入新阶段 ,并被认为是自达尔文时代以来生物学领域最重大的事件 ,同时也被认为是人类历史上最重要的科研工程。“工作框架图”不仅覆盖了 97%的基因组 ,而且将 85%基因组序列组装起来。人类基因组计划共有美、日、德等六国参与 ,中国是其中唯一的发展中国家。我国科学家从去年起承担了人类基因组 1%的测序任务 ,不到半年的…     

L1-ORF2不同片段对报告基因表达产生不同影响

长散布重复序列-1(Line-1, L1)是重要的人类基因组成分, 完整的L1有6 kb, 在基因组中存在的L1多数是不完整序列, 有必要研究L1片段对基因表达的调控作用。PCR扩增L1第二读码框(L1-ORF2)不同位置的 280 bp片段, 共7段, 同向8串联按正、反方向分别插入pEGFP质粒GFP基因下游, 观察插入序列对GFP报告基因表达的影响。构建的质粒瞬时转染HeLa细胞, 经荧光显微镜和Northern检测, 不同片段对转录量和终止影响不同。7个片段正序对GFP报告基因的抑制均高于其反序, 在正序串联表达载体p280-1*8和p280-9*8的GFP基因转录量超过其他280正序插入片段, 在反序串联表达载体p280-1*8as和p280-9*8as的GFP基因转录量超过其他280反序片段。280-1*8、280-9*8、280-1*8as和280-9*8as属于转录终止性序列。Alu在基因组的多数区段与L1分布呈反比, Alu正、反序均对GFP表达有抑制作用, 但反序抑制作用高于正序, Alu正序属于转录延伸性序列。280 bp片段反序插入的所有质粒荧光阳性细胞均高于正序插入质粒。经碱基分析, L1-ORF2各段均存在A碱基含量多, T碱基含量少的现象, 这可能是其正、反序对基因表达影响不同的原因。     

人肺癌基因组DNA对NIH／3T3细胞的转化作用

从未用过抗癌细胞毒药物的非小细胞肺癌(NSCLC)患者的手术标本(鳞状上皮癌)提取癌细胞基因组总DNA。对小鼠成纤维(NIH/3T3)细胞行转染实验。获二轮转化细胞,发现二轮转化率是一轮的2.7倍。在转染过程中转化灶出现的多少,与所用DNA的量有一定关系。 二轮转化细胞能在软琼脂上存活生长,接种裸鼠能长出肿瘤,分离肿瘤组织细胞,体外培养传代存活。表明该二轮转化细胞具有肿瘤细胞的特性。 取一轮、二轮转化细胞和裸鼠肿瘤细胞的DNA分别与放射性~(32)P标记的人体特有的Alu重复序列和ras家族基因探针进行Southern印迹转移和分子杂交。结果在三者细胞的DNA中都见有与Alu杂交的条带。这表明在转染过 程中人体特有的Alu重复序列已整合到转化细胞的基因组中。并确定了转化细胞中的转化基因之一的属性为Ha-ras癌基因。本工作提示吸烟可能是人肺鳞癌发生和Ha-ras活化的重要因素。     

Alu—PCR的基本原理及其应用

1986年聚合酶链式反应即PCR技术的问世,为分离分析单拷贝特定DNA序列提供了有效方法。然而,此方法需要预先知道待分离DNA片段两侧的DNA顺序,因此,PCR技术的使用有其局限性。 为了能够快速从啮齿动物与人类单染色体杂交的体细胞中特异地扩增出人类DNA序列,可将与人类DNA重复序列同源的DNA序列设计成为PCR引物来进行PCR反应。其中,最有代表性的是以人类Alu     

后基因组时代的病毒学

人类基因组计划的提出及实施完成了人类基因组全序列的测定,与此同时,其他多个物种的基因组序列也相继被获知[1],加速了学界从分子水平破译人类所有DNA序列和识别其中所有基因的进程.     

SV40 PolyA序列及其AATAAA信号对上游GFP基因表达及转录终止的影响

SV40 PolyA(猴空泡病毒PolyA,简称PolyA)序列是有转录终止作用和使转录的mRNA添加PolyA尾的DNA序列(240 bp),含有AATAAA六核苷酸多腺苷化信号(Polyadenylation signal)。在pEGFP-C1质粒的GFP基因下游插入14个同向串联的Alu序列(Alu14),构建pAlu14质粒,瞬时转染HeLa细胞,用Northern blot检测和荧光显微镜观察GFP RNA和GFP蛋白表达,发现Alu串联序列强烈抑制GFP基因表达,该序列没有转录终止作用产生高分子量GFP融合RNA。又在pAlu14质粒GFP基因和Alu串联序列之间按正、反方向插入PolyA序列及去除AATAAA信号的PolyA序列,插入的这些PolyA序列均能部分解除Alu14对GFP基因的抑制作用;去除AATAAA信号的PolyA正、反序列仍然引起转录终止。将PolyA反序(PolyAas)分为4段每段60 bp,中间的2段分别称为2F2R和3F3R,将2F2R或3F3R插在pAlu14质粒的Alu串联序列的上游,随着插入2F2R片段拷贝数的增加转录的GFP融合RNA的分子量增加;2F2R的下游如果依然是2F2R那么2F2R可以支持转录延伸,如果2F2R下游是Alu串联序列则2F2R导致转录终止。无论插入一个3F3R或插入64个3F3R,均产生低分子量GFP RNA。     

人类基因组SNPs的研究现状及应用前景

基因组DNA是生物体各种生理、病理性状的物质基础,人类DNA序列变异约90%表现为单核苷酸多态性(singlenucleotidepolymorphisms,SNPs),这是一种常见的遗传变异类型,在人类基因组中广泛存在,被认为是人类疾病易感性和药物反应的决定性因素。本文主要介绍了SNPs的分类及特点、人类基因组SNPs的研究现状、SNPs在实践中的应用,以及SNPs在遗传作图、医药、遗传易感性、个体化医疗等方面的研究前景,并探讨了当前SNPs研究中存在的问题。     

人源Alu RNA工程菌的构建和表达

目的:外源RNA导入细胞特异性上调或下调基因表达,目前外源RNA的制备方法主要有化学合成、体外转录、细胞提取。Alu DNA和Alu RNA是人基因组和转录组中最重要的成分,参与基因表达调节。建立工程菌制备基因工程人源Alu RNA(Alu RNA)的技术,所提取的RNA满足一般生物学实验要求。方法和结果:将人Alu序列插入pET-28α质粒(pET),转化BL-21菌,探讨不同条件对Alu RNA产生的影响。用pET-Alu×8质粒转化BMBL-21(DE3)感受态细胞(简称DE3),异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)诱导减弱细菌生长;用IPTG诱导2h、4h、6h、8h、10h、12h、14h和16h,用Northern杂交检测Alu RNA的量,发现诱导4小时RNA产量最高;1、2、4、8、14拷贝的Alu序列插入pET,转化DE3菌,随拷贝数增加Alu RNA产量上升;pET-Alu×8 DE3菌液,不加IPTG诱导,没有Alu RNA产生,0.1~0.4mg/ml IPTG诱导时,Alu RNA产量没有区别,偏离该浓度时,RNA产量略下降;34℃、37℃和40℃培养pET-Alu×8 DE3菌液,IPTG诱导4h,在37℃培养条件下,RNA产量最高;将pET-Alu×8质粒转化3种BL-21感受态细胞,包括DE3、BMBL21-DE3-pLysS(简称pLysS)和Trans BL 21(简称TransBL),发现转化DE3感受态细胞后Alu RNA产量最高。结论:建立了基因工程制备Alu RNA的技术:pET-Alu×14质粒转化DE3菌,37℃培养至600nm OD为1.0时,加入终浓度为0.2mg/ml的IPTG诱导4h,获得最高Alu RNA产量,纯Alu RNA在提取的RNA中的含量达15.8%,每100ml菌液纯Alu RNA产量平均为0.46mg。     

长链非编码RNA研究进展

基因组计划研究表明, 在组成人类基因组的30亿个碱基对中, 仅有1.5%的核酸序列用于蛋白质编码, 其余98.5%的基因组为非蛋白质编码序列。这些序列曾被认为是在进化过程中累积的“垃圾序列”而未予以关注, 但在随后启动的ENCODE研究计划中却发现, 75%的基因组序列能够被转录成RNA, 其中近74%的转录产物为非编码RNA(Non-coding RNA, ncRNA)。在非编码RNA中, 绝大多数转录本的长度大于200个碱基, 这些“长链非编码RNA(Long non-coding RNA, lncRNA)”能够在转录及转录后水平上调节蛋白编码基因的表达, 从而广泛地参与包括细胞分化、个体发育在内的重要生命过程, 其异常表达还与多种人类重大疾病的发生密切相关。文章综述了长链非编码RNA的发现、分类、表达、作用机制以及其在个体发育和人类疾病中的作用。     

Alu中剪接位点的研究

对Alu剪接位点双碱基的类型、分布进行了分析,发现非标准剪接（不满足GT-AG规则）占很大优势。而且非标准剪接的分布频率会随不同的染色体而变化,在Alu剪接较多的11、12、17号染色体上分布最多。通过对Alu及其剪接住点碱基关联的计算分析,说明在Alu中剪接位点双碱基的这种异常使用主要是由Alu中二联体的关联压力造成的,从而表明这种重复序列对生命活动的多样化起着重要作用。     

7SRNA在癌细胞中含量改变及其对染色质转录活性的调节

7s RNA与哺乳动物基因组中有300,000重复拷贝的Alu DNA顺序高度互补。Alu DNA的功能是与结构基因的转座和表达调控密切有关。因此7s RNA对基因表达可能有调节作用。本文提供实验:1.肝癌细胞核内7s RNA含量比正常核少,意味着减弱了对癌细胞基因表达的控制。2.7s RNA比其他的核小分子量RNA更紧密与染色质结合。3.7sRNA对离体染色质的转录活性有促进和抑制的两相作用,这些结果直接和间接表明7s RNA对基因表达起一定的调节作用。由于Alu DNA在基因组中分布是广泛性的,因此认为7s RNA的调控作用也应是一般控制性质的。     

人类基因组中心粒测序、组装及评价的关键技术

正人类基因组是测序和组装的质量标杆,但是迄今未能完成(以Ns占位)组装泛中心粒(中心粒及其邻近异染色质区域,centromericpericentromeric heterochromatin regions)。泛中心粒由大尺度重复序列构成。长期难以组装大尺度重复序列,是基因组学及生物信息学领域的关键技术挑战之一。最新版人类参考基因组GRCh38中心粒序列并不是真实的线性序列,而是采用图论模拟方法模拟的,参见国际人类参考基因组(GRCh)小组于2017