GroEL分子伴侣研究进展

大肠杆菌的GroEL是同型寡聚复合体,由14个相对分子质量58×103亚基组成背靠背的双环结构。它在新生蛋白质的正确折叠和组装以及在热或化学逆境下变性蛋白质的恢复过程中起重要作用。同时,在大肠杆菌的跨膜转运及插入细胞质膜方面都起重要作用。这些活动依赖于GroEL与底物蛋白的疏水片断的相互作用。综述了Hsp60分子伴侣系统中研究得比较清楚的GroEL的晶体结构、功能及作用机理等方面的研究进展。     

内含肽介导的生物学效应及其应用

蛋白质翻译产物在成熟过程中剪切释放出来的一段氨基酸序列称为“intein”---即内含肽。它与前体蛋白以框内融合的形式共同翻译,并内嵌于前体蛋白序列中。内含肽的解离以及内含肽两侧氨基酸序列的连接是在内含肽自身催化作用下完成的。本文将从内含肽的发现、结构特征和作用机理等方面对这种具有特殊意义的蛋白质成熟机制进行较为全面的论述,同时介绍了近年来发展起来的以内含肽介导的蛋白质剪接为基础的蛋白质纯化和改造技术。     

人造血干细胞因子

干细胞因子（stem cell factor,SCF）是一种重要的造血生长因子,它在造血干细胞动员、肿瘤放疗化疗的辅助治疗、贫血、放射病及其他血液病的治疗等方面具有重要的应用前景。采用基因全合成的方法实现rhSCF基因的克隆和高效表达,表达水平达到30％～40％。在工程菌发酵、rhSCF纯化和复性等中下游技术研究的基础上建立了rhSCF生产工艺,回收率大为35％,纯化产物纯度不低于98％．比活性0．9×10^6U／mg。     

利用CRISPR/Cas9技术构建CTCF蛋白降解细胞系

CTCF是脊椎动物关键的绝缘子蛋白,在细胞生命过程中发挥重要作用,敲除CTCF基因会导致小鼠胚胎死亡。为进一步探讨CTCF的功能,本文利用CRISPR/Cas9介导的同源重组,在内源性CTCF表达框上游敲入一个有丝分裂期降解结构域(Mitosis-special degradation domain, MD),该结构域可以带动CTCF融合蛋白在M期降解。作为对照,将MD结构域的第42位的精氨酸突变为丙氨酸,形成无降解活性的MD^*,可使MD^*-CTCF融合蛋白始终稳定存在。将嘌呤霉素与融合蛋白同时表达,即可利用抗生素筛选,高效地筛选到纯合克隆。利用蛋白印迹技术和免疫荧光检测3种细胞在不同细胞周期的CTCF蛋白变化情况,发现MD-CTCF细胞系CTCF蛋白含量约为野生型细胞的10%,MD^*-CTCF细胞系的CTCF含量与野生型没有显著差别;通过流式细胞术观测降解CTCF对细胞的影响,发现MD-CTCF细胞系G1期明显延长。总之,利用CRISPR/Cas9技术在CTCF表达框上游高效地插入MD,首个CTCF特异性降解的人类细胞系获得成功构建。     

核基质附着区广泛参与基因组三维结构折叠的生物信息学分析

在细胞分裂间期,每条染色质都占据着特定的染色质领域（chromosome territory,CT）。每个CT领域内进一步分成不同的拓扑学相关区域（topological associated domain,TAD）,每个TAD又由若干子TAD（sub-TAD）构成。不同的TAD相互聚集,形成基因活跃表达和不表达的A、B两种组份或区室（compartment）。然而,目前对于染色质折叠方式及维持机制的研究尚无定论。核基质附着区（matrix attachment regions,MARs）是在不同物种基因组中广泛存在的一类富含AT序列的与核基质结合的DNA元件,能够通过与CTCF、SATB1等调控蛋白质相互作用,对远距离的基因表达进行调控。本研究以染色质三维结构为背景,通过整合染色质三维结构及组蛋白修饰等组学数据,对MARs元件与染色质三维结构的关系进行研究,对MARs元件参与形成的相互作用网络的结构及功能进行探索。结果发现,MARs元件与染色质三维结构高度相关,而且在高强度相互作用中占据较大的比例,提示MARs元件在染色质折叠方面发挥作用。此外,通过拓扑结构聚类分析还首次揭示,MARs元件分为不同类型,包括维持染色质领域及空间构象等的结构单元部分,以及调控基因表达等的功能单元部分。这表明,MARs元件在基因组三维高级结构的建立、维持以及功能等方面发挥重要作用。     

全基因组染色质相互作用Hi-C文库制备的优化及其质量控制

Hi-C(highest-throughput chromosome conformation capture)技术是近年出现的一种研究染色质相互作用的关键技术。该技术步骤多、耗时长,涉及的试剂耗材繁杂,目前常规流程还有较多可以改进优化的步骤。本研究以GM12878细胞为材料,通过优化常规Hi-C实验中的交联、酶切、限制性内切酶的失活、末端生物素标记、原位连接等关键步骤,建立了稳健的Hi-C流程,制备了相应的Hi-C文库。文库经初步的Sanger测序等质量控制以后,两个生物学重复文库进行了高通量测序。测序结果利用生物信息学处理发现：原始测序数据中可比对率和配对率分别达到90%和72%左右。此外,去除自连片段(self-circular ligation)和dangling-ends片段以后,可获得超过96%的有效相互作用对,其中染色体内相互作用数据达到60%。进一步的染色体相互作用热图分析可见清晰拓扑学相关结构域TADs(topologically associated domains),与已发表的文献报道一致。而两次生物学重复之间的相关性分析则表明bin coverage和all bin pairs的相关性都极强。上述结果表明通过对常规Hi-C流程关键步骤的优化,本研究建立了高效、稳健、可靠的Hi-C流程,对Hi-C技术的进一步使用与推广具有重要的参考价值。     

红霉素生物合成的分子生物学

近年来,国外对大环内酯类抗生素生物合成和基因工程的研究非常迅速,不仅认识了许多抗生素生物合成的过程,而且利用基因工程技术改造抗生素生物合成基因,合成了100多种非天然的“天然”抗生素。抗生素生物合成的分子生物学是抗生素基因工程的基础。本全面介绍了五厌内酯类抗生素的代表－红霉素生物合成分子生物学的历史、现状及发展趋势。     

基于荧光强度快速判断蛋白可溶性方法的建立

目的:建立一种通过观察荧光强度,快速、直观地判断蛋白可溶性的方法。方法:选择抗辐射蛋白CBL502-AA及其突变体CBL502-ΔAA′作为目的蛋白,增强型绿色荧光蛋白作为报告分子,分别构建融合蛋白表达载体;通过SDS-PAGE和荧光观察两种手段检测和比较融合蛋白的可溶性。结果:荧光观察融合蛋白的可溶性与SDS-PAGE检测结果一致。结论:建立了一种基于荧光强度,快速、简单、直观的比较蛋白可溶性的方法。     

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。     

超声处理导致交联DNA序列特异性断裂

目的:研究在交联状态下超声方法处理DNA是否导致DNA随机断裂。方法:通过建立一种新的Clone-Sequencing筛选技术,利用NCBI等相关网站,结合Vector-NTI等软件分析得到不同断裂位点的核苷酸序列,利用SPSS 18.0软件,对不同断裂位点核苷酸序列的分布进行统计学分析。结果:利用Clone-Sequencing技术得到216个来源于不同染色体位置的克隆片段,通过对其正义链和反义链的5’-DNA断裂末端的分析,得到432个超声断裂位点的核苷酸序列信息。对断裂位点核苷酸序列进行统计分析发现,超声处理后,交联DNA的断裂位点并不像过去认为的完全随机分布,而是存在明显的偏性,即对于所有16种不同的二核苷酸组合,超声处理导致交联DNA更易在5’-ApN-3’寡核苷酸中间的磷酸二酯键处断裂,且其相对断裂频率呈现d(ApN)>>d(GpN)>d(CpN)>d(TpN)的趋势。结论:传统的超声方法处理,交联DNA断裂位点并不是完全随机分布,而是存在着明显的序列偏好性,这一新发现提示,对于目前广泛使用的、涉及交联DNA超声处理的ChIP-Chip或ChIP-Seq等高通量及其衍生技术结果的统计分析,需要引入更加合理有效的分析策略。