分子遗传学博士复习题

名词解释：

DNA甲基化(DNAmethylation)：是指由DNA甲基化转移酶介导，催化

甲基基团从S・腺昔甲硫氨酸向胞嗑咤的C-5位点转移的过程。

ENCODE计戈lj(TheEncyclopediaofDNAElementsProject)：即“DNA元

件百科全书计划”，简称ENCODE计划，是在完成人类基因组全序列测定后的

2003年9月由美国国立人类基因组研究所(NationalHumanGenomeResearch

Institute,NHGRI)组织的又一个重大的国际合作计划，其目的是解码基因组的

蓝图，鉴定人类基因组中已知的和还不知功能的多个物种的保守序列等在内的所

有功能元件。ENCODE计划的实施分为3个阶段：试点阶段(apilotphase)、技

术发展阶段(atechnologydevelopmentphase)和生产阶段(aproduettionphase)o

gRNA(guideRNA)：既指导”RNA(gRNA,guideRNA),能通过正常的碱基

配对途径，或通过G—U配对方式与mRNA上的互补序列配对，指导编辑的进

行。

GT-AG规律(GT・AGrule)：真核生物所有编码蛋白质的结构基因，其RNA

前体在内含子和外显子交界处有两个较短的保守序列，内含子的左端均为GT,

右端均为AG,此规律称GT・AG规律。

miRNA：即小RNA,长度为22nt左右,5端为磷酸基团、3端为羟基。miRNA

广泛存在于真核生物中，不具有开放阅读框架，不编码蛋白质，其基因的转录产

物是发夹状结构，在RNaseIII酶切后以双链形式存在，是近几年在真核生物中发

现的一类具有调控功能的非编码RNA,它们主要参与基因转录后水平的调控。

RNA编辑(RNAediting):是指通过碱基修饰、核昔酸插入或删除以及核昔酸

替换等方式改变RNA的碱基序列的转录后修饰方式。

RNA诱导的沉默复合体(RNAInducedSilencingComplex,RISC):与siRNA

结合后可识别并切断mRNAo

RNA指导的DNA甲基化(RNADirectedDNAMethylationRDDM)：活性RISC

进入核内，指导基因发生DNA的甲基化。

密码子摆动假说(wobblehypothesis):密码子的第1,2位核昔酸(5，—>3，)与

反密码子的第2,3核苦酸正常配对；密码子的的第3位与反密码子的第1位配

对并不严谨，当反密码子的第1位为U时可识别密码子第3位的A或G,而G

则可识别U或C,I(次黄口票吟)可识别U或C或A。

比较基因组学(comparativegenomics):是一门通过运用数理理论和相应计算机

程序，对不同物种的基因组进行比较分析来研究基因组大小和基因数量、基因排

列顺序、编码序列与非编码序列的长度、数量及特征以及物种进化关系等生物学

问题的学科。

表观遗传变异(epigeneticvariation):基因的碱基序列未发生改变，而是

由于DNA甲基化，组蛋白的乙酰化和RNA编辑等修饰导致基因活性发生了变

化，使基因决定的表型发生变化，且可遗传少数世代，但这种变化是可逆的。

超基因家族(supergenefamily)：是DNA序列相似，但功能不一定相关的若干

个单拷贝基因或若干组基因家族的总称。

沉默子(silencer):一种转录负调控元件，当其结合特异蛋白因子时，对基

因转录起阻遏作用。特点很象增强子，但不增强转录，而是减弱转录，故称负增

强子。

代谢组学(metabolomics):是对某一生物或细胞在一特定生理时期内所有低分子

量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新学科。

端粒(telomere)：是由独特的DNA序列及相关蛋白质组成的线性真核染色体

的末端结构，它具有防止末端基因降解、染色体末端间的粘连和稳定染色体末端

及其精确复制等功能。

反向遗传学(reversegenetics)：是从改变某个感兴趣的基因或蛋白质入手，然

后去寻找相关的表型变化。

反转座子(retroposon)或“反转录转座子(retrotransposon)”:先转录为RNA

再反转录成DNA而进行转座的遗传元件。

核酶(ribozyme):具有催化活性的RNA,即化学本质是核糖核酸(RNA),却

具有酶的催化功能。核酶的作用底物可以是不同的分子，有些作用底物就是同一

RNA分子中的某些部位。

核心启动子(corepromoter)：是指在体外测定到的由RNApolII进行精确

转录起始所要求的最低限度的一套DNA序列元件。

化学基因组学(chemogenomics):它是作为后基因组时代的新技术,是联系基因组

和新药研究的桥梁和纽带。它指的是使用对确定的靶标蛋白高度专一的小分子化

合物来进行基因功能分析和发现新的药物先导化合物。

基因组印迹(genomicimprinting)他称作基因印迹(geneimpringting),是一

种新发现的非孟德尔遗传现象，指来自双亲的某些等位基因在子代中呈现差异性

表达的现象。

程序性细胞死亡/凋亡(programmedcelldeath/apoptosis)：细胞应答

一类刺激剂，引起一连串特征性的反应，从而启动导致细胞死亡的途经。

焦磷酸化编辑(pyrophosphorolyticediting)：RNA聚合酶通过PPi的掺

入(聚合反应的逆反应)去除错误加入的核昔酸，然后加入正常的核甘酸，虽然

这种编辑不能区分正常和错误的核甘酸，但由于转录在错误加入核甘酸后停留时

间过长，而对其有优先校正功能。

酵母双杂交(yeasttwo-hybrid)：利用杂交基因通过激活报道基因的表达探测蛋白

质与蛋白质间的相互作用。

亮氨酸拉链(leucinezipper)：是由伸展的氨基酸组成，每7个氨基酸中的

第7个氨基酸是亮氨酸，亮氨酸是疏水性氨基酸，排列在a-螺旋的一侧，所有带

电荷的氨基酸残基排在另一侧。当2个蛋白质分子平行排列时，亮氨酸之间相互

作用形成二聚体，形成“拉链”。

密码子使用的偏好(relativesynonymouscodonusage,RSCU):编码同一氨基

酸的各个密码子的使用频率在,不同生物中并不相同，也不与该氨基酸在整个蛋白

质中的频率成正比，这也就是密码子使用的偏好现象，该现象可影响基因表达的

效率。

母系印迹(maternalimprinting):来自母本的等位基因(母源等位基因)不表达,

而父源等位基因表达的现象。

母性基因(maternalgene):母体卵子发生时所表达的基因，母性体细胞基因是

在母性体细胞中表达，而母性胚系基因则在生殖细胞中表达(如卵母细胞)。

染色质重塑(chromatinremodeling):是表观遗传修饰中一种常见的方式，

是指导致整个细胞分裂周期中染色质结构和位置改变的过程。

染色质重塑因子(chromatinremodelingfactor):依靠水解ATP提供能

量来完成染色质结构的改变。染色质重塑因子在组成及功能上不同，但都包含类

Snf2超家族的ATP酶亚基

增强子(enhancer)：该DNA序列可增加与其连锁基因转录的频率。增强子

多位于基因的5,端，但也可位于基因的3,端，甚至基因的内含子中。无位置及

方向性，但可能有组织细胞特异性，一般能使基因转录频率增加10〜200倍，有

的甚至可以高达上千倍。甚至远离靶基因达几千kb也仍有增强作用。

转座子沉默(transposonsilencing):宿主积累了转座子的多个拷贝，从而

阻遏转座发生。

组成型剪接(constitutivesplicing)：编码蛋白质的不连续基因通过RNA剪接将

内含子从mRNA的前体中依次去除，然后规范地洛外显子剪接成成熟的mRNA,

这种剪接方式是一个基因只产生一种成熟的mRNA,一般也只产生一种蛋白质

产物。

组蛋白密码(histonecode)：组蛋白氨基端的各种修饰(甲基化、乙酰化、

磷酸化、泛素化等)及组合通过改变染色质的结构或产生效应蛋白质的结合位点

而影响基因的表达活性，从而调控下游的细胞学过程。

组蛋白修饰(histonemodification)：是指染色质上的组蛋白被甲基化、乙酰

化或磷酸化的过程。

中心法则(centraldogma)F.Crick于1958年提出的阐明遗传信息传递方向的法

则，指出遗传信息从DNA传递至RNA,再传递至多肽。DNA与RNA之间遗传

信息的传递是双向的，而遗传信息只是单向地从核酸流向蛋白质。

简答题：

1.核小体与核小体定位在基因表达及其调控中有何作用？

2.常见的反式作用因子有哪些？其结构特点是什么

一般情况下，调节基因转录活性的反式作用因子统称为转录因子。已鉴别

(2)1秀发;

当转座子插入某个基因座位后导致该基因失活，在某些情况下，插入位点

的基因保持正常转录，只是转录子中的插入序列通过转录后的间接而被删

除，因此插入位点的基因仍然是显性的，这种现象叫渗漏突变。也就是仍

有一些残余水平的基因表达突变，这样的基因叫渗漏基因，即一种突变基

因与其野生型有相似的效应，只是效应较弱。

⑶调节基因的表达

很多转座子带有增强子，可以使其插入位点附近的基因转录活性增强。除

含有增强子外，有的转座子含有启动子，也能促进基因的转录。

⑷产生新的变异

由于转座子的插入可能产生新基因，如Tn带的抗药基因，它的转座不仅

造成某个基因的突变，而且产生了新的抗药性基因。由于转座作用，使某

些在染色体上距离较远的基因，构建成一个操纵子或表达单元，也有可能

产生一些具有新的生物学功能的基因和编码新的蛋白质分子

⑸转座子标记克隆基因

转座子序列可以在基因组中转座，如该序列转座正好插入某一基因的外显

子区域时，导致这一基因失活，结果表型改变而成为突变体，如果该突变

是由于转座子DNA克隆，其必定含有该突变体相关的基因。也就是说，

用转座子标记未知目的基因加以，这样便于该基因的识别与分离。用该突

变体的DNA构建DNA文库，用标记的转座子作为探针，筛选出的克隆

中，再对转座子两端序列进行亚克隆，这是被转座子插入的序列。这些亚

克隆又反过来作为探针，用于筛选野生型个体的基因文库，获得完整的目

的基因。

⑹转座因子作物基因工程载体

利用p因子作为载体，将外源基因导入果蝇胚胎生殖系细胞中，对果蝇进

行遗传操作。将携带目的基因的缺陷P因子和完整P因子同时注入如胎

的前胚盘中，完整的P因子不仅能识别自身的末端序列，也能识别缺陷P

因子的末端序列而进行转座，结果两种P因子都被插入到基因组中。只有

P因子两末端之间的序列才能被插入，两端外的序列不能插入。因此该技

术的优点是只插入一个外源基因的拷贝，所有转基因的果蝇只携带一个拷

贝的外源基因，因而便于对其结构和功能的研究。

4.原核生物与真核生物的启动子结构有什么差别？

原核生物启动子：

在操纵元中，从mRNA开始转录的位点以上的位点的都是启动子序列，

20bp-200bp

特点：1、Pribnow框：TATAAT,位于-10左右，是RNA聚合酶的牢固结

合位点。

2、Sextama：TTGACA位于-35左右，是RNA聚合酶的初始结合

位点。

3、上述二者之间的距离决定了转录效率，一般距离为17bp左右。

4,CAP位点cAMP-受体蛋白复合物在启动子上的结合位点。

真核生物有三类RNA聚合酶，对应有三种启动子。RNA聚合酶II、III所

用的启动子比较复杂。

①RNA聚合酶I识别的启动子，除5srRNA基因外，其他rRNA基因组

成一个大的基因家族，转录成一个45s的rRNA前体，其启动子是由起始

位点的核心启动子和其他上游控制元件两部分组成。核心启动子包括-45

到+20,负责转录的起始；上游控制元件从-200至IJ-150,它们之间的序列

长度对转录效率影响很大。

②RNA聚合酶川启动子可分为两种类型。一种是启动子位于起始位点下

游的下游启动子。另一种是上游启动子。下游启动子有分为I型和II型:

I型启动子有两个分开的序列boxA和boxC,它们之间的距离比较固定，

为中间元件，这是5srRNA基因的典型结构。II型启动又boxA和boxB

组成，且两者间的距离较大，不固定，是tRNA基因启动子的典型结构。

上游启动子包括三部分元件：TATA盒、近侧序列元件和远侧序列元件，

这是部分snRNA基因启动子的典型结构。

③RNA聚合酶II启动子由四部分元件构成：TATA盒、上游元件、远上游

元件、转录起始位点。转录起始位点在有些II型转录酶启动子中比较保守,

转录起始位点常与TATA盒组成核心启动子起始基本转录，但与其相连的

上游元件和增强子可以促进其高效转录。对于含有TATA盒的启动子，其

转录起始点常在其下游25bp-30bp,有的基因无典型起始子序列，则RNA

聚合酶根据TATA盒下游30bp附近的第一个腺口票岭作为起始位点。

5.简述染色质重塑的基本过程及其生物学功能

论述题

1.有哪些方法可用于功能基因组学的研究？现在有何进展？

2.目前最常用的突变体创制方法有哪些？如何利用突变体进行功能基因组

学研究？

3.RNAi通过哪些机制控制基因的表达？实践中有何应用？

4.DNA甲基化是如何在转录水平上抑制基因表达的？

DNA甲基化主要在轼录水平抑制基因的表达.DNA1|1是甲畦化结合蛋白，但是后来发现它不是1个小一的

甚化引起乱因特录抑制的机制主要有以下3种1）|）NA蛋白成，而是1个蛋白的复合体,即上要由»1UD3,MHD2,

（

中基化直接干扰特异性转录因于与各基因圮动子中识别位HDAC1/2111RbAp46/48Kb-a^ociatedhistone-binding

pmtein46/4K）等所组成⑴.因而本文未将它归为甲基化

置的结合。DNA轴的主沟是许多蛋白因子与DNA结合的

DNA合蛋白中.Mr＜：PI需与12个甲域化CpC位点结合，

部位，当胞理腱被下电化后，5-mC突出至土沟中，干扰转录

才能起转录抑制的作用，因向它的抑制转录的作用比较

因子与的结合.前已知许多转录出子都对其同源绿

DMAU於⑴.而MM：P2只需与1个甲基化CpG位戌结合就能发

合位点的甲拓化敏感,如E2F、AP2、NFKH等.当然也有一外抑制话求的作用5】，并且Me（：B2含右2个铝构域.即染色

些转录因子不受中基化的影哨，如5P1、CTI•'等，它们被际为体定位必需的甲基化Cp（；结合结构域和在一定密国内可抑

中玷化非依赖性结合因子.由于含有CC结合位点的转录制启动子转录的特录抑制结构域「门⑴），因而它抑制特录的

因子并不多，所以这种机制并不常见.（2）序列特异性的甲作用就比较好.Md.n也可以与将录因于竞争停i分位点，通

毡化DNA结合蛋白与启动于区中基化Cp（；岛结合，募第一过不依赖于HDAC的方式抑制基因的杼录但）.（3）DNA甲

些蛋白，形成传录抑制包合物,阴止转录因子与心动子区靶基化通及改变染色质结构，抑制基因表达.染色质构型的变

化停艇看?n货臼的乙酰化和去乙酰化•目前已班实.DNA

序列的结合，从血影响基因的转录.如甲基化胞啜院结合蛋

“电化与组洸自去乙酰化正相关：而乙酰化修饰正是调初

白1和2（VrCPl和MM；P2）及YBD"早期的研究曾认为

基因表达的另一承理方式3】.

5.真核生物CG岛的甲基化状态与基因的表达活性的关系如何?

6.端粒及其生物学意义

7.组蛋白修饰与基因表达调控

必考

2016年分子遗传学的研究进展（国内国外各5例子）

1.植物分枝激素独脚金内酯的感知机制

植物分枝激素独脚金内酯的感知机制示意图

植物激素调控植物的繁衍生息，与人类生存环境和粮食安全息息相关。独脚

金内酯作为新型植物激素，调控植物分枝、决定植物株型、影响作物产量。清华

大学谢道昕、饶子和及娄智勇等合作发现了独脚金内酯的受体感知机制，揭示了

“受体-配体”不可逆识别的新规律，发现受体D14参与激素活性分子的合成和

不可逆结合、进而触发信号传导链，调控植物分枝。这一发现丰富了生物学领域

过去百年建立的配体可逆地结合受体并循环地触发传导链的“配体-受体”识别

理论，为创立生物受体与配体不可逆识别的新理论奠定了重要基础，并对植物株

型遗传改良和寄生杂草防治具有重要指导作用。该工作发表于《自然》杂志

(Nature,2016,536:469-474)。

2.线粒体呼吸链超级复合物的结构与功能

哺乳动物呼吸体三维结构呼吸体电子传递及质子转运途径

呼吸作用是生命体最基础的生命活动之一。由位于线粒体内膜的氧化磷酸化

系统完成，为细胞提供能量。人类线粒体呼吸链氧化磷酸化系统异常会导致多种

疾病，如阿尔茨海默病、帕金森病、多发性硬化、少年脊髓型共济失调以及肌萎

缩性脊髓侧索硬化症等。哺乳动物呼吸体是由包括44个膜蛋白在内的81个蛋白

亚基(69种不同蛋白分子)所构成的分子量高达1.7兆道尔顿的超级膜蛋白分子

机器。清华大学杨茂君研究组先后在《自然》(Nature,2016,537：639-643)

和《细胞》(Cell,2016,167：1598-1609)杂志发文，报道了呼吸链超级复

合物结构。该结构是目前所解析的最复杂的非对称性膜蛋白超级分子机器的结构

(图A、B),为进一步理解哺乳动物呼吸链超级复合物的组织形式、分子机理以

及治疗细胞呼吸相关的疾病提供了重要的结构基础。

3.组蛋白甲基化修饰在早期胚胎发育中的建立与调控

Mlooote25«•«moMaUMlocrM

Q-09一信-醪-爨-G

H3Mme3

Bro«1H3K4mt38TSS

小鼠植入前胚胎的组蛋白H3K4me3和H3K27me3修饰动态变化图谱

组蛋白修饰对基因表达与沉默发挥重要调控作用，在早期胚胎发育过程中,

异常的组蛋白修饰会导致胚胎发育停滞。哺乳动物植入前胚胎全基因组水平组蛋

白修饰的建立与调控是发育生物学领域一个亟待解决的科学问题。同济大学高绍

荣团队首次利用微量细胞染色体免疫共沉淀技术揭示了H3K4me3和H3K27me3

两种重要组蛋白修饰在早期胚胎中的分布特点以及对早期胚胎发育独特的调控

机制，发现宽的H3K4nle3修饰在早期胚胎大量存在并在基因表达调控和胚抬发

育第一次细胞命运决定中发挥重要作用。该成果发表在《自然》(Nature,2016,537：

558-562)杂志上，其意义为揭示了组蛋白修饰在植入前胚胎发育以及早期细胞

分化过程中的特异性调控模式，对研究胚胎发育异常、提高辅助生殖技术的成功

率具有重要意义。

4.基于胆固醇代谢调控的肿瘤免疫治疗新方法

胆固醇酯化酶ACATI调控T细胞肿瘤杀伤过程示意图

T细胞介导的肿瘤免疫治疗是治疗肿瘤的重要武器，在临床上已取得了巨大

的成功。但现有的基于信号转导调控的肿瘤免疫治疗手段只对部分病人有效，因

此急需发展新的方法让更多的病人受益。中国科学院上海生物化学与细胞生物学

研究所许琛琦、李伯良与合作者从代谢调控这一全新的角度去研究T细胞肿瘤

免疫反应。鉴定了胆固醇酯化酶ACAT1是调控肿瘤免疫应答的代谢检查点，抑

制其活性可以增强CD8+T细胞的肿瘤杀伤能力。同时发现ACATI抑制剂

Avasimibe(辉瑞公司开发的用于治疗动脉粥样硬化的药物，进行了III期临床试

验)，具有很好的抗肿瘤效应，并且能与现有的临床药物PD-I抗体进行联合治

疗。该项研究开辟肿瘤免疫治疗研究的一个全新领域；同时发现ACAT1这一药

物靶点及其小分子抑制剂的应用前景，发展了新的肿瘤免疫治疗方法。该研究论

文发表在《自然》(Nature,2016,531:651-655)杂志上。

5.内源性干细胞介导功能性晶状体再生治疗婴幼儿白内障

Capsular

Opening

Scar

Residual

LESCs

<ACCC^Donut-like

6mmRegeneratedLens

令a

PCCC<-Lens

4mmCapsule

传统白内障手术：

破坏了干细胞及其生长环境

中山大学中山眼科中心刘奕志教授带领团队，历经18年研究，发现了晶状

体上皮干细胞；为了利用干细胞的再生潜能实现组织修复，设计并创建了一种新

的微创白内障手术方法，保留了自体晶状体干细胞及其再生的微环境，长出了功

能性的晶状体，已用于临床治疗婴幼儿白内障，提高了患儿视力，降低了并发症。

该研究不仅为白内障治疗提供了全新的策略，也首次实现了自体干细胞介导的实

体组织器官的再生，开辟了组织再生及干细胞临床应用的新方向。论文发表在

《Nature》杂志(Nature,2016,531：323-328)。

6.活性RAG型转座子的发现揭示抗体V(D)J重组的起源

LanceletProtoRAGVertebrateRAG

\RAG2LRAG1H

RAG1L)7RAG2

PHD

RAG2匕

Newtargetsite

RAG1L

■■TSDortargetsite

文昌鱼ProtoRAG转座子和脊椎动物RAG蛋白的功能比较

以免疫记忆与疫苗产生为核心的人类适应性免疫的关键机制就是RAG介导

的抗体重排,所以,RAG基因的起源一直是免疫形成揭秘的关键问题。为此,•若贝

尔奖获得者利根川进(Tonegawa)1979年提出了转座子起源假说，此后围绕RAG的

起源与功能，展开了激烈的学术争论,直到该成果发表前，转座子起源假说并未得

到证实，成为免疫学一个经典谜题。

北京中医药大学徐安龙研究组以有活化石之祢的文昌鱼为研究对象，发现了

具有介导V(D)J重排功能的原始RAG转座子，证实了利根川进的假说。该发现

不仅改写免疫教科书中关于适应性免疫起源的观点:将适应性免疫的起源由脊椎

动物推前近I亿年到无脊椎动物.而且可能为未来利用重排机制设计新的免疫抗

体/基因提供崭新的基因编辑思路和技术。相关研究论文发表在《细胞》

[Cell166(1):102—114,2016]上。

7.植物雌雄配子体识别的分子机制

受精需要精子和卵细胞的结合，而精子能否被及时的传递到卵子是受精的关

键。在被子植物中，精子是通过花粉管来传递的，但花粉管是如何将精子传递到

卵子的呢？这一问题是植物生殖生物学几十年来关注的主要问题之一，这个过程

也是植物生殖隔离及物种多样性维持的重要因素之一。中科院遗传发育所杨维才

研究组首次分离了拟南芥中花粉管识别雌性吸引信号的受体蛋白复合体，并揭示

了信号识别和激活的分子机制。通过转基因手段将其中一个信号受体导入芥菜中,

并与拟南芥进行杂交，转基因芥菜的花粉管识别拟南芥胚囊的效率得到明显提高。

该研究通过基因工程手段建立了利用关键基因打破生殖隔离的方法，为克服杂交

育种中杂交不亲和性提供了重要理论依据。该研究成果发表在《自然》杂志上

(Nature,2016,531：241-4)。

8.精子tsRNAs可作为记忆载体介导获得性性状跨代遗传

研究发现父亲的某些获得性性状，如饮食诱导的代谢紊乱，可通过表观遗传

的方式“记忆”在精子中并遗传给下一代，这对人类健康和繁衍具有深远的影响。

中国科学院动物研究所周琪、段恩奎与上海生命科学研究院营养科学研究所翟琦

巍研究员合作团队基于父系高脂饮食小鼠模型，发现精子中一类来源于IRNA的

小RNA(tsRNAs)在高脂饮食下表达谱和RNA修饰谱均发生显著改变，且将高

脂小鼠精子中的tsRNAs片段注射到正常受精卵内可诱导F1代产生代谢性疾病。

tsRNAs进入受精卵后可导致早期胚胎及后代小鼠胰岛中代谢通路基因发生显著

改变。本研究从精子RNA角度,为研究获得性性状跨代遗传开拓了全新的视角，

提出精子tsRNAs是一类新的父本表观遗传因子，可介导获得性代谢疾病的跨代

遗传。文章发表后被国际重要刊物广泛引用和评价，也引起国际各大媒体的关注。

该论文发表在《科学》(Science,2016,351(6271):397—400)上。

9.MECP2转基因猴的类自闭症行为表征与种系传递

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MECP2转基因猴表现出类人类自闭症的刻板行为与社交障碍等行为

中国科学院上海神经科学研究所仇子龙研究员等通过构建携带人类自闭症

基因MECP2的转基因猴模型及对MECP2转基因猴进行分子遗传学与行为学分

析，发现MECP2转基因猴表现出类人类自闭症的刻板行为与社交障碍等行为。

此研究首次建立了携带人类自闭症基因的非人灵长类动物模型，为深入研究自闭

症的病理与探索可能的治疗干预方法提供了重要基础。

在该研究中，研究人员通过精巢异种移植，将幼年食蟹猴的精巢移植到裸鼠

的背部，实现了食蟹猴精巢提早成熟，并利用移植精巢组织内生成的精子成功获

得了健康的F1代MECP2转基因食蟹猴后代。该工作加速了食蟹猴的精子生成

速度，缩短了食蟹猴的繁殖周期，对于推动非人灵长类动物模型的应用具有重大

意义。该研究成果发表于《自然》（Nature,2016,53（）：98-102）杂志上。

10.埃博拉病毒入侵机制研究

埃博拉病毒入侵宿主细胞模式图（左）博拉病毒表面激活态糖蛋白GPcl与

其宿主的内吞体内受体NPC1的复合物三维结构图（右）.

2014・15年暴发的埃博拉病毒疫情在西非国家造成了1万余人死亡，引起了

全人类社会的高度关注。此前，埃博拉病毒入侵宿主细胞的分子机制并不清楚。

中国科学院微生物研究所高福团队在国际上率先解析出埃博拉病毒表面激活态

糖蛋白与宿主细胞内吞体膜受体NPC1腔内结构域C的复合物三维结构，阐明

两者如同“锁钥”的相互作用模式，从分子水平阐释了一种新的囊膜病毒膜融合激

发机制（第五种机制），成为近年来国际病毒学领域的一大突破。该研究为抗病

毒药物设计提供了新靶点，加深了人们对埃博拉病毒入侵机制的认识，为应对埃

博拉病毒病疫情及防控提供重要的理论基础。研究成果在《细胞》（Cell,2016,

167:1511-1524）杂志上发表。

基因组编辑进展.

2011年，人工核酸酶介导的基因组编辑技术被NatureMethods杂志评选为年度

最受关注的技术成果。从当年的技术发展来看，这3种酶包括有3个主要的类

型一锌指核酸酶（ZFn）、转录激活因子样效应物核酸酶（TALEN）以及归巢核

酸内切酶。ZFn及TALEN技术已被广泛应用，而归巢核酸内切酶由于改造难度

大、成本高，使其应用有所局限。近期，细菌获得性免疫系统CRISPR在人源

细胞染色体修饰上的应用使得基因组编辑技术进一步简化。目前，研究人员利用

基因组编辑技术，已经对多个物种进行了基因组定点敲除或修饰。

基因组定点编辑技术的初现——锌指核酸酶

锌指核酸酶的结构及作用原理

锌指⑵ncfinger,ZF)是一种常见的DNA结合蛋白结构基元，每个锌指可直接特

异识别DNA双螺旋中3个连续的核昔酸。人工串联3〜6个识别不同靶位点序

列的重组锌指结构，能够与靶序列特异性结合。将多个锌指串联形成的ZFP结

构域与Ils型限制性内切酶Fok\的切割结构域相连接，就可构建成锌指核酸酶

(ZFn),实现对靶序列的切割。增加串连锌指的数目可识别更长的靶序列，同时也

就增加了DNA靶向修饰的特异性。

由于需要二聚化来切割DNA[16],所以，设计好的两个互补的ZFn分子同

时与靶位点结合，当两个互补的ZFn分子间相距恰当的距离时(6〜8bp),人血结

构域将二聚化并切割DNA,从而可特异性地在基因组特定位点切断DNA形成

“双链断裂缺口”[19-21]。双链断裂可以启动细胞内的DNA损伤修复机制，一方

面细胞通过错配率很高的“非同源重组末端连接“机制修复双链断裂，从而在ZFn

靶位点造成随机性的小片段丢失或是插入，引起基因的靶向敲除；另一方面，由

于双链断裂使得同源重组效率大大提高，如果细胞内同时存在与靶位点同源的

DNA片段，则细胞主要通过DNA同源重组的机制修复双链断裂，从而实现靶

基因敲除或敲入。

基因编辑技术的发展——TALEN

TALEN的结构及作用原理

ZFn的发明使得精确的基因组编辑成为可能，但是由于其对DNA序列识别的不

规律性使得自身的发展受到局限。TALE核酸酶(TALEN)是由TALE代替了ZF

作为DNA结合域与Fok\切割结构域连接成核酸酶。通过TALE识别特异的

DNA序列，股依二聚化产生核酸内切酶活性，与ZFn一样在特异的靶DNA序

列上产生双链断裂以实现精确的基因编辑。

基因组编辑技术的新方向——CRISPR/Cas9

CRISPR/Cas9系统的结构及作用原理

TALEN对于靶序列识别的精确性使得该技术在近3年来得以飞速发展，但是其

构建复杂，并且较大的相对分子质量在某些情况下使用困难也制约了其应用前景。

研究者们发现了一种RNA介导的DNA定点切割的方法可以用来进行基因组编

辑。

规律性重复短回文序列簇(clusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats,

CRISPRs)是一类独特的DNA直接重复序列，广泛存在于原核生物基因(大多

数的细菌和几乎所有的古细菌)中

根据Cas基因含量和序列的差异，CRISPR/Cas系统被划分成三种类

型。其中I和III型CRISPR/Cas系统均依赖由多个Cas蛋白组成

的复合体引起免疫性，而II型系统只需利用一种Cas蛋白-----核酸酶Ca

s9引起免疫性。I型和川型CRISPR/Cas免疫系统需要多个Cas蛋白形成复合

体切割DNA双链，而II型CRISPR/Cas免疫系统只需要一个Cas9蛋白来切割

DNA双链，目前II型系统是被改造的最为成功的人工核酸酶。体外实验证明

Cas9基因是参与CRISPR免疫系统的唯一必需基因,Cas9是由1409个氨基酸组

成的多结构域蛋白，含有2个核酸酶结构域：氨基端的RuvC-like结构域及位于

蛋白中间位置的HNH咳酸酶结构域,HNH核酸酶结构域可以切割与crRNA互补

配对的模板链，切割位点位于原型间隔序列毗邻基序(Protospaceradjacentmotif,

PAM)上游3nt处，RuvC-like结构域可以对另一条链进行切割，切割位点位于

PAM上游3~8m处。在crRNA与tracrRNA形成的双链RNA的指导下，Cas9蛋

白对靶位点进行切割.crRNA与tracrRNA可以形成嵌合RNA分子，被称为向导

RNA(SingleguideRNA,sgRNA),在sgRNA的介导下,Cas9蛋白在目的基因处切

割，形成DSBs,该过程是CRISPR/Cas对基因组进行编辑的基础。

在生物学基础研究领域，CRISPR/Cas9系统主要用来定点敲除一些基因，有助于

快速分解基因功能以及基因间相互作用。在生物技术领域，它有助于定向育种，

有助于抗逆、高产或有特殊经济性状的作物或菌种的培育，对一些关键性状的基

因的编辑能够大大加良种的育种速度；在医药领域，结合人类诱导性多功能干细

胞技术。可以将通过基因编辑修复的模型，并进行基因治疗和新药开发。

2017年重大突破

L如何证明生物钟？(诺奖)

证明「生物钟」的分子机制总共有三步：

第一步；

1984年,JeffreyC.Hall,MichaelRosbash和MichaelW.Young三位科学家，

先后独立克隆出周期基因「theper」，这是第一次证实了西摩・本泽尔的研究。

第二步：

JeffreyHall和MichaelRosbash在复制出FtheperJ的基础上，发现果蝇体内周

期基因的核糖核酸(mRNA)和蛋白水平呈昼夜节律性变动一它们在早晨浓度

较低，而夜晚浓度升高。

为什么它们的浓度会发生变化呢？

原来，「thcpeid基因编码的蛋白质「PER」在夜间积累而在白天降解。PER蛋

白水平在24小时中变化，与昼夜规律同步。

第三步：

也是最关键的一步，MichaelW.Young的实验室在1994年发现了另一个核心

生物钟基因Timeless(tim)。

它产生的表达产物TIM蛋白，对PER蛋白的表达有着重要的补充调节作用。

结论：

结合三个人的工作，他们最终提出完善的「生物节律」的假说：「theperj基因

表达的蛋白质PER,通过对自身的表达抑制，产生24小时生物节律，而tim基

因起到了修正及调控的作用。

目前已经证明这一「生物节律」不仅仅对于果蝇有效，而且对于所有有机体都是

有效的。

这也是第一次，从基因层面证实了「生物节律」是如何运行的。

2.2017年预测较大进展

L肿瘤免疫疗法

近年来，随着生物技术的发展，肿瘤免疫疗法成为继肿瘤手术，放疗，化

疗，靶向治疗后的最有希望能成功治愈癌症的手段，亮点迭出。最近随着CAR-T

疗法成功消灭实体瘤的案例出现，CAR-T疗法的研究即将进入了一个令人兴奋

的新阶段。

2017年将会是CAR-T领域不平凡的一年。CAR-T癌症免疫疗法已经准备进

入市场，凯特制药公司(KitePharma)和诺华制药目前正在竞争希望获得该疗法

的批准。

而不同免疫疗法的联合应用将是癌症治疗的未来趋势。2016年12月，抻瘤

免疫治疗巨头百时美施贵宝(BMS)公布了肿瘤免疫组合疗法Opdivo+Yervoy

一项lb期研究CheckMate-012的更新数据，数据显示联合治疗组确定的客观缓

解率为43%,是之前已报道的Opdiv。单药组的近2倍。除了免疫检查点抑制剂

的组合疗法，肿瘤免疫疗法与放疗、化疗、大、小分子靶向疗法的联用也在临床

治疗获得疗效。随着人们对肿瘤生物学和免疫系统研究进一步深入了解，更多的

组合方案实践可能产生更安全有效的临床效果，真正实现临床治愈癌症。

2.基因编辑

眼下关于CRISPR专利纷争风波不断，同时关于CRISPR-Cas系统的研究也在

不断推进。2015年，通过回输基因编辑免疫细胞治疗白血病的小女孩Layla体

内已经检测不到白血病的迹象。尽管现在这还只是个例，但是到2017年底，基

因编辑技术将会拯救许多生命。中国已经开展了CRISPR的首次临床试验。而美

国即将开展的一项临床试验更是雄心勃勃。研究人员打算先给T细胞嵌入一个肿

瘤嵌合抗原受体基因，使之可以攻击肿瘤细胞，然后再用CRISPR敲除PD-1及另

外两个基因。

2017年，美国的法院很有可能会对加利福尼亚大学和博德研究所之间关于

CRISPR-Cas9技术的纷争进行裁决，声称发明这项基因编辑技术的研究机构将

会从专利许可方面收集数十亿美元；与此同时，另外一项很难进行复制的基因编

辑技术NgAgo或许会“烟消云散”继续“游走”在后续深入研究的基础之上。在

英国，很多临床诊所如今都获得了许可证利用备受争议的辅助生殖技术将来自三

个人的DNA进行混合，这项操作的目的就在于预防儿童患上因母亲线粒体而引发

的遗传性疾病。

3.人工合成基因组与再生医学

英国《自然》杂志公布的2017年重点关注科学家名单中，基因编辑