质粒pUC18 DNA的螺线管型超螺旋结构

理论上,游离的超螺旋DNA可以采取两种结构形式：互缠式超螺旋和螺线管型超螺旋。前者早已被透射电子显微镜和原子力显微术的研究所证实,而后者却仍然缺乏足够的证据。使用温和的清亮裂解液法,从DNA拓扑酶野生型大肠杆菌HB101细胞抽提质粒pUC18 DNA。经CsCl-EB平衡密度梯度超离心分离获得超螺旋pUC18 DNA和松弛型pUC18 DNA(DNA Ⅱ）。纯化DNA分别用疏水必不容放亲水性溶剂系统的细胞色素单分子层展开技术制备电子显微镜标本。观察结果显示：在疏水性的甲酰胺－水展开系统中,DNA采取通常的互缠式结构;在含有1.5mmol/L醋酸铵的水介质中制备的超螺旋DNA标本,DNA采取线圈型结构,测得pUC18 DNA（单体）分子这种结构的外直径约为43.8nm,内直径约为2nm。在相同亲水介质中松弛型pUC18 DNA采取典型的螺线管型结构,其单体平均外直径约为53.1nm,内直径约为17.2nm。表明：在疏水介质中超螺旋DNA趋向于采取互缠式结构,而在亲水介质中DNA则要取螺线管型结构。DNA链之间可能存在非共价相互作用以维持这种结构。螺线管型结构可能是水溶液中的超螺旋DNA分子普遍的存在形式。     

R-藻红蛋白介导的光敏反应对DNA分子的生物学效应

藻红蛋白(phycoerythrin, PE)是海藻中的重要捕光色素蛋白,具有强荧光性,易溶于水.在藻体内能将捕获的光能传递给光合反应中心; 在体外则能将光能传递给周围环境中的氧分子,产生如单线态氧等活性氧组分,可用来介导光动力效应治疗癌症.将纯化的藻红蛋白加入到瘤细胞培养基中,数小时后,采用488 nm波长的氩离子激光辐照,MTT法检测细胞存活数,计算细胞存活率. ³H-TdR掺入实验观察细胞DNA的合成.结果表明,藻红蛋白介导的光动力反应能够有效地抑制肿瘤细胞DNA合成并杀伤癌细胞.随着藻红蛋白浓度增加,DNA合成下降,瘤细胞存活率降低.将藻红蛋白加入到pUC18质粒溶液中,随之进行激光辐照,琼脂糖电泳结果可见pUC18构象由超螺旋（supercoiled）向带切口的环形构象(relax)转换.结果提示：通过改变或影响DNA构象,抑制细胞DNA合成可能是藻红蛋白介导肿瘤光动力治疗的途径之一.     

超氧化物歧化酶切割超螺旋DNA的活性

在体外系统中,发现超氧化物歧化酶(SOD)具有切割超螺旋DNA的活性. 猪血和牛血Cu/Zn-SOD以及烟草Mn-SOD都能将超螺旋DNA转变为非超螺旋结构的缺刻环状DNA,进一步产生线状DNA. 它们只作用于超螺旋DNA而不作用于线状DNA. 这个事实排除了SOD样品中污染核酸酶的可能性. 用H₂O₂、胍基抑制或蛋白酶降解的实验结果表明,这两种酶的活性中心处于酶蛋白的不同部位.     

DNA对电穿孔转染效率的影响

以外源红细胞生成素cDNA的表达产物为指标,研究了运载DNA和重组表达质粒的构象对电穿孔转染CHO细胞的效率的影响.结果250mg/L的运载DNA可使外源基因表达水平提高3倍;线性化质粒DNA比超螺旋DNA更适合于用电穿孔方法获得永久表达.这一结果提示,运载DNA的存在和质粒DNA的线性化对提高电穿孔转染CHO细胞的效率是必须的.     

DNA超螺旋构象的理论研究

本文总结了近年来描述DNA超螺旋结构的基本关系式和各种参量,综述了计算超螺旋的几何参数,定量分析DNA分子与蛋白质结合时的特殊构象,以及基于物理模型解释和预见精确的超螺旋空间构象等方面的理论研究进展。     

超螺旋DNA的碱变构研究

对超螺旋ＤＮＡ（ＤＮＡⅠ）的碱处理产物进行了琼脂糖凝胶电泳,氯化铯－溴化乙锭密度梯度超离心分析,紫外吸收光谱分析和电镜观察。实验结果表明超螺旋ＤＮＡ在碱性环境中的结构改变发生在很窄的ｐＨ范围内（ｐＨ１２．８８─１３．００）．超过ｐＨ临界点的超螺旋ＤＮＡ碱变构产物紫外吸收高于同浓度天然ＤＮＡ紫外吸收的２９％。变构产物在ＣｓＣｌ－ＥＢ密度梯度超离心中的高密度区形成稳定的区带．用透射电镜的观察表明碱变构的超螺旋ｐＢＲ３２２ＤＮＡ具有高电子密度并呈中空颗粒状,以上事实表明,ＤＮＡ在高ｐＨ下可产生一种结构有序的相对稳定的产物．这些结果意味着在碱处理过程中,超螺旋ＤＮＡ在构象上发生了改变,使其分子由扭曲线形变成球形颗粒状。根据实验事实本文对超螺旋ＤＮＡ的碱变构产物（ＤＮＡⅣ）提出一个新的结构模型──压缩模型。这个模型能更合理地解释一些实验现象。     

质粒DNA超螺旋构象的激光喇曼光谱研究

将pBR322重组质粒DNA纯化,经琼脂糖凝胶电泳鉴定其主要具共价闭合环状空间构象。对此制备物进行激光喇曼散射光谱分析,发现在表征其二级结构为B型的特征模之外,还有另外二个表征磷酸脱氧核糖主链骨架振动状态的特征模854和1083cm~(-1)。本文对此进行探讨,认为这二个特征模与闭合环状DNA分子的超螺旋状态有关,可作为质粒DNA三级结构的特征模。碱基堆积状态分析表明,超螺旋的存在使分子中脱氧胸苷的堆积反应活性增强,并使AT碱基间Hoogsteen型氢键有相当数量的破坏,导致反映脱氧胸苷参与氢键组成的二个基团振动状态的特征模1378cm~(-1)产生相对于线性DNA分子的明显减色及脱氧胸苷羰基双键振动模向高波数偏移。     

DNA对电穿孔转染效率的影响研究

以外源红细胞生成素eDNA的表达产物为指标,研究了运载DNA和重组表达质粒的构象对电穿孔转染CHO细胞的效率的影响。结果250μg/ml的运载DNA可使外源基因表达水平提高3倍;线性化质粒DNA比超螺旋DNA更适合于用电穿孔方法获得永久表达。这一结果提示,运载DNA的存在和质粒DNA的线性化对提高电穿孔转染CHO细胞的效率是必需的。     

DNA双链区的切割导致碱变性超螺旋质粒pBR322的分子内结节

为进一步研究碱变性超螺旋DNA(Ⅳ型DNA;DNA Ⅳ)的结构,对碱变性质粒pBR322进行了酶学分析并利用原子力显微镜(AFM)对新形成的DNA结构进行了观察和比较．在所有已检测的限制酶中只有PstⅠ可以切割质粒pBR322的Ⅳ型DNA分子,说明在这种变性的DNA分子中仍存在少数完整的限制酶识别位点．与碱变性DNA分子的闭合环状结构相反,AFM成像的结果显示PstⅠ处理后的DNA Ⅳ分子均为开放结构,同时这种分子包含明显的DNA结节．与DNA Ⅳ分子相比,这种DNA分子的表观长度缩短了大约11%．有意思的是,大肠杆菌拓扑异构酶Ⅳ(一种Ⅱ型拓扑异构酶)也可以在pBR322 DNA Ⅳ分子中引入分子内结节,而这种结节DNA分子仍然保持闭合状态．AFM的结果表明上述两种结节的DNA分子在表观长度及结节结构的尺寸上均比较相似．这些发现证实,在碱变性的超螺旋DNA分子中仍然保留着一些长度较短的、含有特异性碱基配对的DNA双链区,而在这些区域内的DNA双链断裂可以导致DNA结节．     

核糖体失活蛋白与超螺旋DNA相互作用的原子力显微镜直接观察

运用原子力显微镜研究了核糖体失活蛋白 (RIP)与超螺旋DNA相互作用 ,发现这类毒蛋白 (克木毒蛋白和蓖麻毒蛋白A链 ) ,既能与超螺旋形式的DNA结合 ,又能结合在超螺旋DNA分子中未解旋的双链环区 .在与超螺旋DNA结合后 ,引起超螺旋DNA构象变化以利解旋并与双链DNA结合 ,进而将松弛的DNA双链切成缺口或线性形式 .这说明RIP是一种超螺旋DNA结合蛋白 ,并表现出依赖超螺旋的DNA内切酶活性     

大肠杆菌topA-菌株中质粒pBR322的超凝集结构

超凝集DNA是质粒DNA的一种特殊拓扑结构形式,最初在大肠杆菌SD108(topA gyrB225)细胞中被发现.现在大肠杆菌DM800(topA-gyrB225)细胞中也发现了这种结构,这说明超凝集DNA的形成与细胞内旋转酶活性降低有直接关系,而与拓扑异构酶Ⅰ的存在与否无关.体外实验的结果显示,具有很强的正超螺旋松弛活性的拓扑异构酶Ⅳ可以将超凝集DNA完全松弛,这也证明质粒DNA的超凝集结构与超螺旋结构在细胞内是可以互变的.使用原子力显微镜对分离到的pBR322DNA超凝集结构进行分析,并与普通超螺旋进行比较,结果表明,超凝集DNA分子的结构发生了巨大的变化,其分子长度比正常超螺旋分子缩短了约30%,宽度和高度则增加了60%,结构更接近于A型DNA.另外,原子力显微镜研究结果表明,氯喹的嵌入并非改变了超凝集DNA的超螺旋状态,而是使其打结并最终压缩成一团.     

临床用DNA疫苗生产工艺研究进展

DNA疫苗是继传统疫苗和基因工程蛋白亚单位疫苗之后的新一代疫苗,具有很好的市场潜力。DNA疫苗生产工艺的质粒DNA大规模制备技术对DNA疫苗的产业化具有重要意义。本文介绍了DNA疫苗生产工艺的研究进展包括提高质粒DNA产量的策略、发酵后处理工艺、有效去除杂质和分离超螺旋构象质粒DNA的纯化工艺以及DNA疫苗生产相关的质量控制体系等。     

耻垢分枝杆菌宿主整合因子(IHF)对DNA拓扑结构的影响

结核分枝杆菌(Mycobaterium tuberculosis)是结核病的病原菌,每年导致数百万人死亡.对于分枝杆菌基本生物学特性的研究有助于新的药物及治疗手段的研发.耻垢分枝杆菌(M.smegmatis)是分枝杆菌属中的一种非致病菌,与结核分枝杆菌亲缘关系较近,是实验室常用的研究分枝杆菌的模式菌种.分枝杆菌主要编码三种染色质蛋白,类组蛋白HU、Lsr2和宿主整合因子IHF.为研究IHF在染色体包装中的作用,我们在大肠杆菌中表达、纯化了耻垢分枝杆菌IHF蛋白(MsIHF),并对其影响DNA拓扑结构的性质进行了系统分析.体外研究的结果表明,MsIHF以同二聚体的形式存在,其对负超螺旋DNA具有一定的结合偏好性,同时,该蛋白可以有效地固定DNA负超螺旋.进一步的研究表明,MsIHF可以调控拓扑异构酶的活性.MsIHF的结合明显地抑制拓扑异构酶Ⅰ的松弛活性,而与此相反,该蛋白可以轻微地促进旋转酶引入DNA负超螺旋的能力.以上结果提示,MsIHF可能通过调控拓扑异构酶的活性影响染色体DNA的结构,进而调控其包装.     

辐射后单个细胞DNA结构变化的定量检测

细胞照射后可产生DNA链断裂、DNA-DNA交联、DNA-蛋白质交联等重要的DNA结构损伤,最终可导致DNA高级结构-DNA超螺旋结构状态的改变,而引发DNA复制、表达等一系列改变.参考国外报导,建立了单细胞电泳法(single cell gel electrophoresis assay),并辅以图象分析技术,可快速检测低达0.1Gy剂量所致DNA结构损伤,并得到了较好的剂量-效应关系,可望成为生物剂量计,用于环境低剂量辐射的监测.     

大肠杆菌topA－菌株中质粒pBR322的超凝集结构

超凝集DNA是质粒DNA的一种特殊拓扑结构形式，最初在大肠杆菌SD108 (topA⁺ gyrB225)细胞中被发现. 现在大肠杆菌DM800(topA^－ gyrB225)细胞中也发现了这种结构，这说明超凝集DNA的形成与细胞内旋转酶活性降低有直接关系，而与拓扑异构酶Ⅰ的存在与否无关. 体外实验的结果显示，具有很强的正超螺旋松弛活性的拓扑异构酶Ⅳ可以将超凝集DNA完全松弛，这也证明质粒DNA的超凝集结构与超螺旋结构在细胞内是可以互变的. 使用原子力显微镜对分离到的pBR322 DNA超凝集结构进行分析，并与普通超螺旋进行比较，结果表明，超凝集DNA分子的结构发生了巨大的变化，其分子长度比正常超螺旋分子缩短了约30%，宽度和高度则增加了60%，结构更接近于A型DNA. 另外，原子力显微镜研究结果表明，氯喹的嵌入并非改变了超凝集DNA的超螺旋状态，而是使其打结并最终压缩成一团.     

S1核酸酶作用与微环DNA分子的克隆策略

米曲霉来源的S1 核酸酶具有降解单链DNA或RNA的作用。在适当的条件下 ,该酶能将不同的环形DNA分子从超螺旋转变成开环和线形结构 ,对质粒pUC19的实验证明 ,S1 核酸酶的这种转变作用与加入的酶量呈正相关。在 2 5 μL总反应体积中 ,按 10 0ngDNA加入 5u至 17u的S1 核酸酶 ,能获得较高比例的线形DNA。由于微环DNA分子太小 ,单酶切位点的出现率较低 ,很难用常规方式进行克隆 ,以S1 核酸酶进行线形化是微环DNA克隆的途径。pC3是已知最小的真核生物线粒体DNA类质粒 (5 37bp) ,经S1 核酸酶线形化后 ,成功地克隆到pMD18 T载体上。     

pBR322 DNA的超螺旋波动

开环状pBR322 DNA在不同溴乙啶浓度下通过DNA联接酶转变为闭环状分子。除去溴乙啶后,每种样品中都含有一组超螺旋数即拧数(W_r)不同的闭环状分子。这些样品和天然pBR322DNA的W_r都直接用琼脂糖凝胶电泳加以分析和测定。作者观察到用同样的培养剂在37℃培养同一菌株所获得的不同pBR322DNA样品,其超螺旋数值可以在相当大的范围内波动。为了便于比较不同的超螺旋DNA,作者采用了一种新的单位——超螺旋跨距,它可能有助于进一步研究环状双链DNA的本质。     

pBR322 DNA的超螺旋波动

开环状pBR322 DNA在不同溴乙啶浓度下通过DNA联接酶转变为闭环状分子。除去溴乙啶后,每种样品中都含有一组超螺旋数即拧数(W_r)不同的闭环状分子。这些样品和天然pBR322 DNA的W_r都直接用琼脂糖凝胶电泳加以分析和测定。作者观察到用同样的培养剂在37℃培养同一菌株所获得的不同pBR322 DNA样品,其超螺旋数值可以在相当大的范围内波动。为了便于比较不同的超螺旋DNA,作者采用了一种新的单位——超螺旋跨距,它可能有助于进一步研究环状双链DNA的本质。     

真核生物DNA甲基化的演化

DNA甲基化是最早发现的修饰途径之一,它能引起DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变,从而控制基因表达。科学家通过一种可披露DNA甲基化模式的测序技术,分析了5种植物、5种真菌和7种动物基因组中DNA甲基化的情况,结果显示,与通过有性繁殖的陆地植物及动物（它们的DNA广泛存在甲基化）不同,可无性生殖的单细胞动物和真菌很少或没有DNA甲基化。     

快速检查寡聚DNA片段序列的方法

以质粒为模板,用待测寡聚DNA片段和通用测序引物进行PCR（聚合酶链式反应）,PCR片段经纯化后插入到pUC－18或pUC－19的多克隆位点中,然后用通用测序引物测定重组质粒上待测寡聚DNA片段,即可清晰、正确地知道它的序列．