超螺旋pBR322 DNA的STM研究

扫描隧道显微镜(STM)是80年代初期新崛起的一种新型表面分析仪器,它具有达到原子级的空前分辩率,十几年来得到高度的重视并取得迅速的进展。近年来,人们已将其用来研究生物大分子的结构,尤其是将其用来揭示重要遗传物质——核酸的结构。1985年,Baro等开始了这方面的工作,目前STM用来研究脱氧核糖核酸(DNA)的结构已经有一系列的报道。其中,Driscoll等于1990年已获得原子尺度的DNA图像,本实验室白春礼等已成功地用STM观察到三链DNA的存在。但是,STM用来研究生物大分子的结构仍存在一些问题。如何获得易重复的、可靠的结果是尚待进一步探讨的问题。本文用STM成功地对质粒pBR322 DNA进行了成像。     

体外λ-DNA形成新结构的证据

1990年白春礼等人首次用扫描遂道显微镜(STM)直接观察到λ-DNA经热变性后在体外形成一种三链辫状结构。这一结果不同于目前提出的三螺旋模型,即第三条链缠绕于双链DNA的大沟之中。据文献报道,用同型嘌呤和同型嘧啶或以单链DNA和双链DNA反应所得到的三链物比双链DNA有较低的熔解温度(T_m),在解旋过程中280nm光吸收值明显提高,对DNaseI酶不敏感等特征。三链辫状DNA的某些物化性质可能不同于     

基于分子瓦自组装的DNA纳米管的制备与表征

利用DNA分子自组装技术可以构建从一维到三维不同形状的纳米结构,并且这些结构在微纳米电子学、纳米生物学等众多领域有许多潜在的用途.本文利用DNA分子瓦(tile)自组装技术,采用双交叉(DX)DNA分子瓦成功组装了一维DNA纳米管结构,聚丙烯酰胺凝胶电泳(native-PAGE)、透射电子显微镜(TEM)、荧光显微镜和原子力显微镜(AFM)对制得的DNA纳米管结构进行了表征,结果表明,组装成功的DNA纳米管直径在7～20nm之间,长度最长可以达到50μm以上.为了结构更加稳定,对分子瓦中每条DNA单链的5′末端进行磷酸化处理,自组装完成后利用T4DNA连接酶连接磷酸化修饰的DNA纳米管的缺口.AFM结果显示,使用T4DNA连接酶处理后的DNA纳米管更能保持完好的管状结构,表明连接处理后的DNA纳米管更加坚固,促进了DNA纳米管应用于微纳米领域的研究.     

ArF准分子激光作用超螺旋PUC18 DNA的AFM研究

激光对DNA作用的机理研究,国内外尚无定论,有待进一步深入.龚立三等用YGA四倍频激光(265nm,30ps,50mJ)和准分子激光(KrF的248nm,Laser Roman的512nm)处理λ-DNA和λ-DNA/HindⅢ,用紫外分光光度计和琼脂糖凝胶电泳检测,增色效应和拖尾的出现表明DNA的结构键被激光脉冲切断.作者用YAGQ开关二倍频激光(532nm,1.5mJ,20ns)照射λ-DNA/HindⅢ、鱼精 DNA、小牛胸腺DNA和酵母RNA,测定了DNA的UV谱,并讨论了激光辐照导致DNA链断裂的分子机制.到目前为止,尚没见到采用扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)为手段研究激光对DNA作用机理的报道. 我们在文献中报道了AFM观察CO_2激光作用后的质粒DNA和小牛胸腺DNA样品的结果.本文中用ArF准分子激光(193nm,单脉冲能量为220mJ,20ns)作用超螺旋PUC18 DNA,并用AFM获得了它们的结构图象,讨论了激光和DNA的可能作用机理.     

λ-DNA三链结构的CD谱测定

由于核苷和核苷酸在核酸中不同的地方连接时,表现为不同的科顿效应,所以圆二色(CD)性测定是多核苷酸结构变化最灵敏的探针之一.三链DNA(三螺旋和辫状)作为DNA的一种特殊结构,无疑在CD性上与双螺旋DNA相比,会表现出某些相似和特别的地方.三螺旋DNA的CD谱研究,Pilch等人已有文章报道,Antao等人还采用CD手段对不同pH条件下poly[d(A-G)·d(C-T)]产生不同的构象进行了较详细的研究,作为三链DNA的另一种     

CAP适合弯曲DNA的时候

由对细菌的生长,到对高等生物的发育,结合DNA的蛋白质都起到极其重要的转录调节作用。曾被认为,和这些蛋白质结合DNA的几何形状,似乎并无太大变化,只是形成或采纳了某些轻微的弯曲或纽结。但由转录激活剂所提供的证据说明,DNA是极度弯曲的。如今,由舒尔茨(Schultz)、希尔德(Shield)和施泰茨(Steitz)测定了这种复合物的结晶结构,进一步证实了DNA的弯曲是很大的.在上月发表的一篇文章里,柯波拉(Kerppola)和柯伦(Curran)表明;在拉链致癌蛋白质Fos和Jun内,它们同族DNA都是弯曲的;而且,DNA作为蛋白质的被动骨架的观点被放弃,而两者间的关系,被视为是平等协作。但DNA结构的这些变形,是如何转化为生物学功能的呢? 我们对DNA-蛋白质之间相互作用动力学的认识是逐步深入的,随着由X-射线结晶学核磁共振光谱学对DNA结合蛋白质结构的确定。抑制物蛋白质的螺旋转向螺旋的和DNA结合的基序,在同源区内出现相同效应,证实了蛋白质α-螺旋的“真实”DNA顺序,是以大沟形式出现的开始预想。现在,可把形成特异顺序的这种方式,扩伸进锌指蛋白质内。对于DNA-亮氨酸拉链间的相互作用,这也许是关键。但试图总结快速发展的这一课题,类似于为迎面奔驰而来的火车拍照;即使螺旋沟构型的观点不再普遍了。汤姆·施泰茨(Tom Steitz)和他领导的小组,占据着研究的领先地位。已从对原核生物转录激活剂和分解代谢激活剂蛋白质(CAP,也叫环状AMP受体蛋白质)的结构     

退火时间对二维DNA晶体自组装的影响

DNA自组装的过程,不仅需要合适的缓冲液,还需要适当的退火时间.本文利用DNA自组装技术,以反向平行双交叉(double-crossover,DX)DNA分子瓦(DNAtile)作为建筑模块,带有互补黏性末端(sticky-ends)的分子瓦依据Watson-Crick碱基互补配对原则配对连接,成功制备出二维晶体结构.比较不同退火时间下形成的DNA分子瓦结构,采用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(non-denaturing PAGE)表征.结果表明,退火时间为2.5h时形成的分子瓦的结构较稳定.等量混合此条件下形成的不同分子瓦,分别从50,37和25℃退火至室温,利用原子力显微镜(AFM)对退火后的结构进行表征,结果表明,起始退火温度为37℃时得到的DNA二维晶体较平整.     

基于序列信息高度集成的长单链DNA自组装及制备

DNA折纸术(DNA origami)是DNA纳米自组装的一种主流方法,通常1条DNA主链在成百上千条合成的DNA短链辅助下,通过碱基互补配对原则折叠并锁定生成所设计的纳米结构.单链DNA折纸术(single-stranded DNA origami,ssDNA origami)是传统DNA折纸术的一种进化和衍生,它摒除了传统折纸术对众多短序列的需求,通过高度集成序列信息至1条长单链DNA中,实现了由1条DNA序列自组装成复杂可控的纳米结构.由于体系中不存在过量的短DNA链杂质,并且同样可以顺利移植成单链RNA折纸术,单链DNA折纸术较传统DNA折纸术可能具备更好的生物和材料应用前景.本文概括了长单链DNA自组装的研究进展,总结了几种常用的长单链DNA制备的方法,并展望了该技术的应用前景.     

用STM看到的DNA

两位来自新墨西哥州的科学家用隧道扫描显微镜(STM)第一次得到了组成DNA的独立碱基的图像,他们的成动更接近了人们的预期,即直接测定DNA顺序,来取代目前所使用的繁琐的化学方法,测定人类基因组的顺序。到目前为止,STM和其他一些先进的显微镜得到的图像只能解析DNA分子的螺旋形状,这些最新的结果显示每个核苷酸和螺旋结构,螺旋结构决定了碱基是一个嘌呤(腺嘌呤或鸟嘌呤)还是一个嘧啶(胞     

辐射致DNA损伤中DNA浓度的影响

利用重离子⁷Li和γ射线在同一剂量和不同浓度下对质粒DNA的水溶液和添加了甘露醇的溶液进行了辐照. 凝胶电泳结果表明, 随着DNA浓度的降低, 经重离子⁷Li和γ射线辐照后, DNA损伤越来越严重. 当添加了自由基清除剂甘露醇后, 重离子⁷Li和γ射线辐照后的结果出现了很大的不同. γ射线辐照DNA后, DNA损伤很轻, 只有开环形态出现轻微变化. 重离子辐射后的结果表明在自由基被大部分清除的条件下, 线性DNA依然存在且随着DNA浓度的降低而增加, 进一步证明了在重离子辐照致DNA双链断裂中由于直接作用而诱发的DSB(double-strand break)是不能被清除的. 对实验数据的计算与分析表明, 当DNA浓度低于一定值(比如50 ng/μL)后, 重离子辐照过程中自由基的间接作用与电离的直接作用所造成的平均双链断裂损伤的比例是一定的, 与DNA的浓度没有关系. 随着浓度的增加, 重离子辐照的直接作用在辐照损伤过程中所占的比重增加. 还讨论了DNA浓度在重离子⁷Li和γ射线辐照过程中对DNA损伤影响的可能成因, 诸如重离子的径迹结构、反应几率和DNA构象变化等.     

三螺旋DNA的现场Fourier表面增强Raman光谱研究

在双螺旋DNA的大沟中,第三条嘧啶链能与双螺旋同型嘌呤-同型嘧啶束道的互补嘌呤链结合而形成局部的分子间三螺旋DNA.研究表明通过形成三螺旋结构,寡脱氧核糖核酸能在体外和体内专一性地阻止基因转录和复制,而且可用于染色体分析和基因图谱.大量的Raman光谱研究已提供了双螺旋DNA在多种状态下的构象和其Raman光谱信号谱带间的对应关系,而且这种对应关系也同样适合三螺旋DNA的构象研究.本文首次研究了三螺旋DNAd(CT)_8·d(AG)_8·d(C~+T)_8在银电极表面上的现场Fourier表面增强Raman散射in situ FT-SERS)行为,同时也研究了其在固态(处于纤维和晶态之间)下的构象.     

质粒pUC18 DNA的超凝集结构

1966年Vinograd论述了双链DNA有四种不同的拓扑结构形式:超螺旋DNA(Ⅰ型)、松弛型DNA(Ⅱ型)、线型DNA(Ⅲ型)以及碱变的超螺旋DNA(Ⅳ型)。后来,一组瑞士科学家证实了由互补单链环形DNA在体外退火形成的Ⅴ型DNA。1990年,黄熙泰等人发现从Ⅱ型DNA拓扑异构酶缺陷的大肠杆菌SD 108株细胞制备的质粒pBR 322 DNA样品含有一种区别于已知五种结构类型的DNA成分。由于它的高密度和高淌度,这种成分被称为超凝集型DNA(Super condensed DNA)。     

4-戊氧基肉桂酸在HOPG表面的自组装及光诱导结构转变的STM研究

利用扫描隧道显微镜(STM) 研究了4-戊氧基肉桂酸(AOCA)分子在高定向裂解石墨(HOPG)表面的光诱导结构转变. 光反应前, 4-戊氧基肉桂酸(AOCA)分子间在氢键作用下, 在石墨表面形成稳定的有序自组装单分子层. 光反应后变为无序的结构, 这是由于二聚后的分子立体性较强, 原来形成的二维有序结构被破坏. STM揭示了自组装层变化的分子结构细节.     

溴化乙锭的三维荧光光谱用于研究DNA构象

文献[1]中,我们考察了溴化乙锭(EB)在不同环境介质如不同类型胶束及有机溶剂(甘油)中的三维荧光光谱,本文利用EB的三维荧光光谱研究小牛胸腺DNA(CT DNA)和鲱鱼精子DNA(FS DNA)在不同条件下的构象变化.研究发现,EB的三维荧光光谱不仅可以用作指纹分析来区分CT DNA和FS DNA,而且能够有效地说明EB和DNA的作用机理,指示DNA在不同条件下的构象变化.     

Chk1防止DNA损伤的S期肿瘤细胞进行异常的有丝分裂

为探讨在p53失活的肿瘤细胞中DNA甲基化试剂引发的DNA损伤对于细胞周期的影响, 我们将同步化在G1, S和G2/M期的HeLa细胞分别进行甲磺酸甲酯(MMS)处理. MMS的处理结果表明, 各个时相的细胞周期进程均发生延迟或阻滞, 其中S期细胞对药物最为敏感. 进一步的分子机理研究表明, 3个时相中ATM-Chk2和p38 MAPK通路均被激活, 但是Chk1仅在S期中被活化, 提示Chk1特异地参与了S期的DNA损伤检查点(DNA damage checkpoint)或者DNA复制检查点(DNA replication checkpoint)的作用. 为了进一步确定Chk1在S期的检查点功能, 用专一的小分子抑制剂抑制Chk1的磷酸化, 发现被MMS处理的S期细胞能在未完成复制的情况下进行异常的有丝分裂, 提示Chk1主要是在HeLa细胞S期的DNA损伤检查点而不是DNA复制检查点发挥其作用. 另外, 本研究还检查了参与G2/M期进程的cyclin B1的表达变化情况. 在MMS处理的S期细胞中, cyclin B1表达量不能上调; 而在加入Chk1抑制剂处理后, cyclin B1则有所增加. 这一结果进一步支持DNA损伤S期细胞在Chk1失活时进入异常有丝分裂的推论. 研究结果表明, Chk1是MMS诱发的HeLa细胞S期DNA损伤检查点的专一性的重要蛋白激酶; 当MMS引发DNA损伤后, 上游蛋白激酶对Chk1进行磷酸化, 从而激活了S期的DNA损伤检查点, 阻止细胞进入G2/M期. 由于这一过程不依赖于p53的活性, 因此Chk1有可能作为p53失活的肿瘤细胞的药物靶标.     

RECQ5β解旋酶DNA退火特性的动力学研究

RecQ家族解旋酶对维持基因组完整性起着关键作用.许多RecQ家族解旋酶不仅可以打开双链及其他更复杂的DNA结构,而且有意思的是,还具有DNA退火活性.本文通过对DNA退火动力学、平衡态下DNA结合以及与单链DNA解离动力学的一系列测量,系统研究了RECQ5β的DNA退火特性.结果显示,在本研究的反应缓冲液条件下,在没有或存在不同的磷酸核苷因子(AMPPNP,ATPS或ADP)的情况下,当酶分子覆盖约40%~50%DNA单链时,RECQ5β催化的DNA退火效率最高.通过对RECQ5β1~662的比较研究证实,RECQ5β的C末端区域对该酶高的DNA退火活性是必不可少的.本文结果将有助于更好地理解RecQ家族解旋酶催化DNA退火的机理.     

抗癌药物ACM与DNA相互作用的紫外共振拉曼研究

ACM(Adacinomycin如图1示)是蒽环类抗菌素,对许多肿瘤有抗癌活性,并且比其衍生物,临床广泛使用的阿霉素(Aclriamycin,ADM,如图1示)心脏毒性低。人们已用电子吸收光谱、荧光和~(31)P核磁共振以及共振拉曼(共振增强ACM蒽环色团的拉曼谱)研究了ACM与DNA相互作用,结果表明ACM色团插入DNA的T-A位置。至今尚未用紫外共振拉曼光谱(UVRRS)研究过ACM与DNA相互作用特性。本文用274nm紫外激光共振增强DNA碱基的拉曼光谱(而不受ACM拉曼光谱的干扰),从DNA拉曼光谱在与ACM作用前后的变化分析得出相互作用特性。     

原卟啉(PP)和血卟啉(HP)对DNA空间结构微观光敏损伤的特征

近几年我们从光生物物理角度,探讨了血卟啉衍生物(YHPD)的主要组分如PP,HP和DHE的原初光化学反应过程及其产生的单线态氧(~1O_2)、羟基(·OH)、超氧阴离子自由基(O_2)以及非氧自由基,并研究了这些高活性的产物对DNA、蛋白质和细胞膜的损伤特征和作用机理.本项工作用对生物大分子的结构变化高度灵敏的激光Raman光谱从分子水平研究了血卟啉衍生物的2个主要组分PP和HP对DNA空间结构微观光敏损伤的特征,再一     

DNA与水溶性卟啉H_2TMAP的相互作用

DNA与其它分子相互作用的研究构成认识某些疾病的致病机制和一些药物(特别是抗癌药物)治病机理的基础.同时,在阐明DNA结构和功能方面也具有重要意义.DNA与卟啉化合物相互作用的研究报道较多,并且还发现了水溶性金属卟啉化合物能作为DNA链     

不同环境介质中溴化乙锭的三维荧光光谱研究

溴化乙锭(EB)是一种应用于DNA研究最常用及较理想的荧光探针.由于仅双链DNA能使EB的荧光明显增强,EB常用来作为双链DNA的结构探针.在一定意义上,生物大分子可以认为是一种有序化介质,在不同类型有序介质中EB的三维荧光光谱特征将可以更好地帮助理解EB与DNA的作用机理.因此系统研究EB的荧光特性具有一定的意义.本文研究了不同环境介质中EB的三维荧光光谱特性,这是文献未见报道的.实验发现EB在阴离子胶束十二烷基硫酸钠(SDS)、非离子胶束聚氧化乙烯(9,5)对-特辛苯酚(Triton