现代分子生物学-dna

现代分子生物学Current Molecular Biology章晓波浙江大学生命科学学院考查：撰写 1篇分子生物学相关文献综述write a review paper related to molecular biologyDNA研究进展 -简介Progress in DNA research一、表观遗传学二、 DNA修复三、基因序列多样性表观遗传学（ epigenomics）：基因序列不改变，可遗传的表型变化一、表观遗传学epigenomics染色质重塑复合物：依靠水解 ATP提供能量来完成染色质结构的改变，根据水解 ATP的亚基不同，可将复合物分为 SWI/SNF复合物、 ISW复合物以及其它类型的复合物。这些复合物及相关的蛋白均与转录的激活和抑制、 DNA的甲基化、 DNA修复及细胞周期相关。 DNA甲基化（ DNA methylation ）：在 DNA甲基化转移酶的作用下，主要是基因组 CpG二核苷酸的胞嘧啶 5 碳位共价键结合一个甲基基团DNA复制相关 -组蛋白修饰 (DNA replication-histone)乙酰化、去乙酰化（ acelation/deacelation）：乙酰化转移酶 (HATs)主要在组蛋白 H3、 H4的 N端尾上的赖氨酸加上乙酰基，去乙酰化酶 (HDACs)相反磷酸化、去磷酸化（ phosporylation/dephosporylation）甲基化（ methylation）：组蛋白甲基化主要发生在 H3和 H4组蛋白 N端Arg或 Lys残基上，功能主要体现在异染色质形成、基因印记、 X染色体失活和转录调控方面基因组印记（ genomic impriting ）：来自父方和母方的等位基因在通过精子和卵子传递给子代时发生了修饰，使带有亲代印记的等位基因具有不同的表达特性，这种修饰常为 DNA甲基化修饰，也包括组蛋白乙酰化、甲基化等修饰X染色体失活（ X chromosome inactivation ）女性有两条 X染色体，男性只有一条 X染色体，为保持平衡，女性的一条 X染色体被永久失活，即 “ 剂量补偿 ” 效应父本 X染色体在所有的早期胚胎细胞中失活，表现为整个染色体的组蛋白被修饰和对细胞分裂有抑制作用的 Pc-G蛋白 (Polycombgroup proteins, Pc-G)表达，然后 Xp在内细胞群又选择性恢复活性，最后父本或母本 X染色体再随机失活。功能性非编码 RNA（ non-coding RNA）：长链非编码 RNA（ long strain non-coding RNA）：在基因簇以至于整个染色体水平发挥顺式调节作用，还具有反式调节的作用短链 RNA（ short strain non-coding RNA）：在基因组水平对基因表达进行调控DNA骨架的硫修饰（ sulfur modification of DNA backbone）：从植物致病菌到人类病原菌，从好氧菌到厌氧菌，广泛多样性硫修饰是自然微生物 DNA骨架广泛存在又非常独特的生理修饰DNA硫修饰微生物的分布与特定的海洋区域、海洋深度相关二、 DNA修复（ DNA repairing）DNA修复：细胞 对内外诱变因素造成的 DNA损伤和复制过程中发生非标准碱基的参入，以及碱基错配所造成的 DNA结构和序列错误的一种纠正功能和过程所有细胞都具有特定的 DNA修复酶系统以确保遗传信息的正常流动DNA损伤原因（ DNA damage results from）DNA损伤类型（ types of DNA damage）DNA修复机制（ mechanism of DNA repair）直接修复(direct repair)切除修复 (excision repair)错配修复 (mismatch repair)识别出正确的链（母链甲基化），切除掉不正确的部分，然后通过DNA聚合酶和 DNA连接酶，合成正确配对的双链 DNA主要用来纠正 DNA双螺旋上错配的碱基对，还能修复一些因复制打滑而产生的小于 4nt的核苷酸插入或缺失双链断裂修复 (double strain break repair)在 DNA损伤时，缺乏校对功能的 DNA聚合酶常在受损部位进行 DNA复制以避免细胞死亡，但同时又导致较高的差错率的修复方式由高水平的 DNA损伤引起的多种基因的协同诱导作用，也叫 SOS response（ SOS 应答）易错修复 (error-prone repair)重组修复 (recombinational repair)复制含有嘧啶二聚体或其它结构损伤的 DNA，当复制到损伤的部位时，子代 DNA链中与损伤部位相对应的部位出现缺口，新合成的子链比未损伤的 DNA链要短一些。完整的母链与有缺口的子链重组，缺口由母链来的核苷酸片段弥补。合成重组后，母链中的缺口通过 DNA多聚酶的作用，合成核苷酸片段，然后由连接酶使新片段与旧链联结，重组修复完成 三、基因序列多样性 (gene sequence diversity)基因序列多样性 (gene sequence diversity)异构体（ isoforms）免疫球蛋白基因的多样性 (diversity of Ig gene)(vetebrates)1. 胚胎细胞的 V-J或 V-D-J重排抗体多样性的主要来源2. 基因重组的连接变异性V、 D、 J重组连接时，识别序列 的丢失或位移，增加多样性N区的变化：在接头末端减少或增加多达 15nt连接重组： V、 D、 J连接时发生重组3. 体细胞基因突变基因片段重排后，发生体细胞 nt点突变 ,一般不发生在 IgM体细胞突变与免疫应答过程有关，第二或三次抗原刺激，变异更大，大部分在 CDR1和 CDR2，随机体细胞突变后，提高抗体亲和力的突变被选择无脊椎动物：免疫相关基因序列多样性(diversity of immune-related genes, invertebrates)Zhang, S. M.et al. 2004. Science 305:251-254 细胞凋亡 caspase (PjCaspase) 上调表达PjCaspase：对虾细胞凋亡必需蛋白D C I 2008, 32: 706-715 RNAi过量表达病毒定量PjCaspase基因多样性无组织特异性 无个体特异性cDNA基因组 DNA可能单拷贝基因序列多样性的意义 ?不同的分子抵抗不同的病原关键基因RNAi: 片段 3与抗病毒有关系（编码区）RNAi抑制 PjCaspase（含片段 3）表达WSSV诱导的凋亡活性显著降低Vibrio parahaemolyticus诱导的凋亡活性无变化特异突变标记探针随机标记探针PjCaspase（含片段 3）过量表达体外合成 PjCaspase