欢迎订阅2008年《教学仪器与实验》

北京市第22中学的生物学教师陈珊问：糖尿病病人伤口为什么不容易愈合？ 答：损伤修复是生命个体必备的自我防御保护功能,在各种层次和水平均具备损伤修复能力。如在分子水平上,DNA分子的损伤与修复;在亚细胞器水平上线粒体的损伤与修复;以及在细胞水平上进行的损伤与修复。损伤修复的组织学基础是,机体组织的许多类型的细胞都具有再生能力。[第一段]     

人线粒体tRNALeu（UUR）基因氧化损伤与修复研究

人mtDNA比核DNA更易受到自由基的氧化损伤,这些损伤可以被线粒体内的DNA修复机制所修复,损伤与修复是决定突变是否产生的两个重要因素.为了确定氧化损伤与损伤后修复对mtDNA突变的具体影响,采用四氧嘧啶处理LO₂细胞,这种试剂进入细胞后,经氧化还原反应生成的自由基与线粒体自身代谢产生的自由基类似,然后观察自由基对细胞mtDNA的氧化损伤与损伤后DNA修复的动力学变化.由于线粒体的正常功能为修复机制所必需,采用MTT细胞活力实验检测不同浓度四氧嘧啶处理下线粒体酶活力,发现9 mmol/L四氧嘧啶培养细胞1h后,线粒体琥珀酸脱氢酶功能在撤去药物后0,2,8和24 h时间点均无明显变化.提取各组细胞的mtDNA,用EndoⅢ和Fgp两种酶切除受氧化损伤的核苷酸,然后用碱性琼脂糖凝胶电泳分离大小不等的mtDNA,进行DNA印迹实验,地高辛-抗体-碱性磷酸酶系统显色,检测完整与断裂的mtDNA量,利用Poisson公式（s=－lnP₀/P,P₀为未断裂链光密度值,P为所有链光密度值总和）计算一个mtDNA分子的平均损伤频率,结果显示,9 mmol/L四氧嘧啶处理细胞1 h,链平均损伤频率由对照的0.11个/分子增加至5.60个/分子,明显增加了mtDNA上核苷酸的氧化损伤,除去药物后8 h,绝大部分损伤可被修复,损伤频率减至0.40个/分子,除去药物后24 h核苷酸的氧化损伤恢复至正常水平.采用接头介导PCR（LM-PCR）检测MTTL1基因区域内单个核苷酸的损伤与修复动力学.这种方法可以检测各组mtDNA上MTTL1基因75 bp区域内单个核苷酸损伤的部位及频率.结果显示,人MTTL1基因存在20个易受氧化损伤的核苷酸热点,经与相应区域内文献报道的16个突变热点比较,有12个热点部位重合,而修复未显示热点部位或区域.结果提示,自由基对核苷酸的选择性氧化损伤是决定mtDNA点突变发生及发生部位的主要原因.     

人线粒体tRNALeu(UUR)基因氧化损伤与修复研究

人mtDNA比核DNA更易受到自由基的氧化损伤,这些损伤可以被线粒体内的DNA修复机制所修复,损伤与修复是决定突变是否产生的两个重要因素.为了确定氧化损伤与损伤后修复对mtDNA突变的具体影响,采用四氧嘧啶处理LO2细胞,这种试剂进入细胞后,经氧化还原反应生成的自由基与线粒体自身代谢产生的自由基类似,然后观察自由基对细胞mtDNA的氧化损伤与损伤后DNA修复的动力学变化.由于线粒体的正常功能为修复机制所必需,采用MTT细胞活力实验检测不同浓度四氧嘧啶处理下线粒体酶活力,发现9 mmol/L四氧嘧啶培养细胞1h后,线粒体琥珀酸脱氢酶功能在撤去药物后0,2,8和24 h时间点均无明显变化.提取各组细胞的mtDNA,用EndoⅢ和Fgp两种酶切除受氧化损伤的核苷酸,然后用碱性琼脂糖凝胶电泳分离大小不等的mtDNA,进行DNA印迹实验,地高辛-抗体-碱性磷酸酶系统显色,检测完整与断裂的mtDNA量,利用Poisson公式(s=-lnP0/P,P0为未断裂链光密度值,P为所有链光密度值总和)计算一个mtDNA分子的平均损伤频率,结果显示,9 mmol/L四氧嘧啶处理细胞1 h,链平均损伤频率由对照的0.11个/分子增加至5.60个/分子,明显增加了mtDNA上核苷酸的氧化损伤,除去药物后8 h,绝大部分损伤可被修复,损伤频率减至0.40个/分子,除去药物后24h核苷酸的氧化损伤恢复至正常水平.采用接头介导PCR(LM-PCR)检测MTTL1基因区域内单个核苷酸的损伤与修复动力学.这种方法可以检测各组mtDNA上MTTL1基因75 bp区域内单个核苷酸损伤的部位及频率.结果显示,人MTTL1基因存在20个易受氧化损伤的核苷酸热点,经与相应区域内文献报道的16个突变热点比较,有12个热点部位重合,而修复未显示热点部位或区域.结果提示,自由基对核苷酸的选择性氧化损伤是决定mtDNA点突变发生及发生部位的主要原因.     

脊髓损伤的病理改变及修复策略

脊髓损伤造成神经组织坏死,传导通路中断,损伤平面以下运动和感觉功能丧失,导致瘫痪甚至死亡.脊髓损伤的病理变化极其复杂,早期主要为分子基因水平的改变,亚急性期主要为细胞组织水平的变化.这些变化引发继发性损伤,致使组织坏死、神经元死亡、轴突断裂并形成由瘢痕组织包裹的囊性空洞,抑制轴突再生.目前临床上仅能通过手术减压或者使用药物对症干预,无法从根本上改善受损神经的功能.脊髓损伤后功能难以恢复有多方面的原因:炎症反应贯穿脊髓损伤全过程,炎症介质导致损伤区域的神经元及胶质细胞变性坏死,轴突因瓦勒变性而萎缩;神经元再生能力弱,轴突再生乏力,并且瘢痕组织导致轴突无法穿越损伤区域与远端的轴突形成联系.本文就脊髓损伤后的病理改变进行综述并探讨修复策略.     

周期节律与肿瘤关系的分子机理

周期节律是由内在时钟系统介导的多重生物过程的周期循环.周期节律系统是由位于大脑的视神经交叉上核的中央时钟系统和位于外周的几乎存在于所有细胞的外周时钟系统组成的.中央时钟与外周时钟都能够对生物体的生理过程进行调控,如激素的分泌、能量代谢、细胞增殖、DNA损伤修复等.而周期节律基因的表达失调,对其下游靶基因包括细胞周期相关基因的表达,以及细胞抗凋亡能力等产生重要的影响.而这一结果会导致细胞增殖加速及基因组不稳定,并可能促进肿瘤的发生.许多实验证据表明,肿瘤是一种节律相关的生理失调,在许多肿瘤中都发现周期节律遭到破坏,如乳腺癌、前列腺癌、子宫内膜癌等.本文将从周期节律对细胞周期进程及对细胞DNA损伤修复的影响来讨论分子水平上细胞的周期节律与肿瘤发生发展的关系.     

DNA双链断裂损伤反应及它的医学意义

DNA损伤应激反应是维持基因组稳定性的基石.细胞在长期进化中形成了由损伤监视、周期调控、损伤修复、凋亡诱导等在内的自稳平衡机制.一方面,借助感应、识别并启动精细而复杂的修复机制修复损伤;另一方面,通过DNA损伤应激活化的细胞周期检查点机制,延迟或阻断细胞周期进程,为损伤修复提供时间,使细胞能安全进入新一轮细胞周期;损伤无法修复时则诱导细胞凋亡.DNA双链断裂(double strand breaks,DSBs)是真核基因组后果最严重的损伤类型之一,其修复不利,同肿瘤等人类疾病的发生发展密切相关.新进展揭示:DSBs损伤反应信号分子ATM-Chk2-p53、H2AX等的组成性活化,是肿瘤形成早期所激活的细胞内可诱导的抗癌屏障,其信号网络的精确、精细调控在基因组稳定性维持中发挥重要作用.此外,HIV病毒整合进入宿主细胞基因组的过程也依赖于宿主细胞中ATM介导的DSBs损伤反应信号转导;ATM特异性的小分子抑制剂在抗HIV感染中显示重要的功能意义.文中重点讨论调控DSBs损伤应激反应信号网络的主要研究进展,及其在肿瘤发生、发展及抗HIV感染中的新医学意义.     

CKS1 表达与食管癌细胞辐射敏感性的关系研究

目的:探讨CKS1表达对食管癌细胞辐射敏感性的影响,初步研究其分子机理.方法:用Western-blotting方法筛选CKS1低表达和高表达的食管癌细胞系;构建CKS1正义表达载体p-pcDNA 3.1/myc-His A-CKS1和RNA干扰载体CKS1 siRNA,分别转染CKS1低表达细胞和高表达细胞,用不同剂量γ-射线照射各组细胞,克隆形成实验检测细胞辐射敏感性的差异.结果:CKS1在四种食管癌细胞中的表达水平依次为EC9706＞ KYSE510＞KYSE450＞ KYSE150.用p-pcDNA 3.1/myc--His A-CKS1表达载体转染KYSE150细胞后CKS12表达升高,不同剂量γ-射线照射后细胞的克隆形成能力显著高于母系对照组(P＜0.01).RNA干扰载体转染KYSE510细胞后CKS1表达水平降低,不同剂量γ-射线照射后细胞的克隆形成能力显著低于母系对照组(P＜0.01).敲降CKS1表达后DNA损伤修复相关蛋白RAD51表达下降,KU70表达没有变化.CKS1过表达后RAD51表达升高,KU70表达没有变化.结论:CKS1表达与食管癌细胞的辐射敏感性密切相关,可能通过影响DNA损伤修复发挥作用.     

肾小管上皮细胞在肾损伤局部微环境中的免疫调节作用

诸多原因可造成肾脏损伤,而肾小管损伤和肾间质纤维化是各种病因所致慢性肾脏病发展至终末期肾病的共同途径.炎症免疫反应是肾损伤的主要病理生理机制,并受局部微环境的精细调控.在此基础上,经历了一个损伤-修复平衡或失衡过程,从而决定着肾组织损伤与修复的走向.肾小管上皮细胞(renal tubular epithelial cell,RTEC)是兼有免疫调节作用且生物学功能十分活跃的细胞,其在肾损伤的局部微环境形成及调控中发挥重要作用.在肾损伤初始及随后的损伤修复中,RTEC不仅合成分泌各种黏附分子、趋化因子及炎症介质,招募单核/巨噬细胞、淋巴细胞等炎症细胞浸润;亦可转分化为免疫细胞或成纤维细胞,启动、参与并调控局部炎症免疫反应,行使免疫防御和损伤修复作用,在损伤因素持续存在且组织修复失衡状况下,积极参与免疫损伤以及肾间质纤维化的演变过程.因此从这个意义上说,RTEC可能是决定肾损伤趋于修复或肾纤维化最终结局的关键因素.     

两种类型细胞DNA辐射损伤与修复作用的比较观察

本文比较了对射线敏感的鼠血淋巴细胞与不敏感的鼠白血病L_(7712)细胞DNA辐射损伤及其重接修复的能力,观察到两种类型细胞DNA受射线辐射损伤断链的程度无明显差别;然在DNA断链重接修复的能力上,则不敏感的L_(7712)细胞比敏感的淋巴细胞强,这可能是两者差别的分子基础.     

DNA损伤监测及修复相关酶与细胞衰老

衰老是细胞的重要生命现象之一,衰老假说之一认为细胞中残留DNA损伤的积累可加速细胞的衰老.因此,细胞内DNA损伤监测及修复系统的正常运行与细胞衰老调控密切相关,DNA损伤监测及修复相关酶如PARP、DNA-PK、ATM、p53等在细胞衰老中的调控作用日益受到广泛关注.研究这些蛋白质分子间的相互作用及其在细胞衰老过程中的调控功能,有利于揭示DNA损伤应激、损伤修复调控与细胞衰老之间的内在联系,为抗衰老研究及从衰老角度治疗肿瘤提供新的思路.