合成生物学新技术在基因表达精确调控和提高脂肪酸合成效率方面的应用

基因表达是生物体最重要的生理活动之一,而对基因表达进行精确的人工调控则是控制生物体蛋白合成以及生理活动的重要手段.上海交通大学国际基因工程机器大赛(InternationalGenetically Engineered Machine Competition,iGEM)团队自2009年参赛以来,多次应用合成生物学方法成功创建了稀有密码子开关、细胞膜支架和光控CRISPR干扰(CRISPRi)系统3种新型基因调控元件.通过在目的基因的起始密码子后插入合适数量的稀有密码子,对基因表达进行精确调节,调控一个多酶体系在最适化学计量比上进行反应;细胞膜支架可将目标蛋白固定在细胞内膜上,缩短不同蛋白之间的空间距离,加速酶催化反应速率;光控CRISPRi系统则创新性地将生物感光系统与新兴的CRISPRi技术相结合,通过光信号在转录水平上精确调控生物体内源基因的表达.这3项新技术在大肠杆菌脂肪酸合成方面均得到了成功的应用,从而提高了脂肪酸的合成量和分泌效率.     

MEK5$\alpha $ 和 MEK5$\beta $ 调控 ${\bf Beclin}$ 1 启动子

Beclin 1是哺乳动物自噬相关基因, 调控自噬起始和自噬体成熟. 在肌肉分化过程中, Beclin 1 基因表达上调, 自噬增加; 此外 MEK5-ERK5 信号活化并调控成肌细胞分化. 因此, 在肌肉分化过程中, MEK5-ERK5 信号通路可能调控 Beclin 1 基因表达. 目的是阐明 MEK5 对成肌细胞 Beclin 1 基因启动子活性的调控. 将不同长度 Beclin 1 启动子片段克隆至荧光素酶报告基因载体pGL3-Basic并转染成肌细胞C2C12. 双荧光素酶报告基因检测实验结果显示, 含 Beclin 1 基因起始密码子上游 586 碱基对 DNA 片段的载体(p-354)具有强荧光素酶活性. MEK5$\alpha $显著增加 p-354 荧光素酶活性, 并有剂量依赖性; 而 MEK5$\beta $ 显著降低 p-354 荧光素酶活性. MEK5$\beta $能够拮抗 MEK5$\alpha $对 p-354 荧光素酶活性的调控. 与 MEK5 对 Beclin 1 基因启动子调控结果一致, MEK5$\alpha $CA 上调细胞Beclin 1 mRNA 表达, MEK5$\beta $DD 下调 Beclin 1 mRNA 表达, 并且 MEK5$\beta $DD 抑制 MEK5$\alpha $CA 对 Beclin 1 mRNA 表达的促进作用. 此外, 转录因子 CREB 家族成员 CREB3, CREBP 和 CREBL1 能够显著上调 p-354 荧光素酶活性. CREB3 呈剂量依赖性显著上调 p-354 荧光素酶活性, 并与 MEK5$\alpha $ 具有协同效应. MEK5$\alpha $ 和 MEK5$\beta $ 对 Beclin 1 启动子具有不同调控作用, CREB 可能是其下游效应因子.     

Aβ42对果蝇攻击和交配等社交行为的不同调节作用

Aβ42(β-amyloid 42)蛋白聚集的毒性作用可能是阿尔兹海默病(Alzheimer’s disease,AD)的主要病因之一.运用模式生物果蝇研究Aβ42可能对果蝇部分社交行为的影响.首先,在Aβ42果蝇AD模型中观察到Aβ42在果蝇神经中枢蘑菇体区域的聚集和沉积.然后,观察Aβ42果蝇的攻击性,实验发现Aβ42能加速首次攻击时间,并增加攻击频率等.最后,观察Aβ42果蝇的交配行为.实验证明,表达Aβ42可以增强中年果蝇攻击性行为,而对交配取向没有明显作用.实验结果可为后续深入研究Aβ42对攻击性行为影响的神经环路和分子基础提供参考.     

莫扎特K.448对颞叶癫痫模型鼠高频脑电活性的影响

选用C57BL/6小鼠,随机分为两组.实验组小鼠通过匹罗卡品(PILO)腹腔注射,诱发癫痫持续状态(SE);对照组给予等容量生理盐水.SE后4周测试小鼠听力,SE后6~7周播放莫扎特K.448,探究莫扎特K.448对颞叶癫痫模型鼠自发发作期高频脑电(EEG)活性的影响.数据显示,PILO注射未明显影响小鼠的听力,给予莫扎特K.448使对照组与SE模型鼠在55~145 Hz区间的功率谱显著升高.结果表明,短时期给予莫扎特K.448音乐治疗能导致小鼠EEG高频活性增强.     

DNA纳米机器药物递送研究进展

 天然分子机器是细胞正常功能（包括DNA复制、细胞内物质运输、离子平衡和细胞运动等）的重要执行者。受天然分子机器的启发,人工分子机器的概念被提出并逐步实践。DNA分子独特的理化性质使得其可作为自组装基元用于构建分子机器类纳米结构。DNA纳米结构具有形状可设计性、精确的可寻址性、结构动态响应性及良好的生物相容性,可以作为一种良好的药物递送载体材料。通过可寻址的负载特定功能元件从而构建DNA纳米载体和治疗型DNA纳米机器,可以靶向性地将药物传递到病变组织和细胞,响应性地释放药物,提高药物的细胞摄取率并降低其毒副作用,有望成为优秀的药物递送系统。基于DNA纳米结构的药物载体已经被用于递送小分子药物、寡核苷酸类药物和蛋白药物。以每类药物分子中的典型药物为例,介绍了DNA纳米载体和DNA纳米机器药物递送系统的研究进展,并讨论了其所面临的挑战及可能的发展趋势。     

中国正常人群中先天性代谢疾病相关基因的DNA变异位点分布频率的研究

为从整体层面研究我国正常人群先天性代谢缺陷DNA变异位点分布及频率,在88例中国正常人基因组DNA样本中,使用Haloplex序列捕获技术结合Illumina Miseq二代测序平台对10种先天性代谢缺陷的78个候选致病基因进行统一靶向测序,利用SureCall软件分析测序数据及质控;并用SIFT和Polyphen软件以及dbSNP数据库进行突变位点分析和功能预测;用SHEsis在线软件分析SNP/SNV的等位基因频率;此外用PyMOL对两个文献中尚未报道的位点进行蛋白结构功能分析。本实验共检出514个DNA变异位点,其中99个为错义变异。在这99个错义变异中,有2个是已报道的先天性代谢缺陷致病位点,且该位点在本研究人群中的分布频率高于亚洲数据库频率。本研究为中国人群先天性代谢缺陷的基因筛查提供了一定的理论依据。     

CD40-1C/T基因多态性与中国汉族人群脑卒中遗传易感性的研究（英文）

脑卒中是老年人口中最常见的疾病之一.CD40受体在抗原呈递和T细胞二次激活中发挥重要作用.本研究评估了中国汉族人群中CD40-1C/T基因多态性与脑卒中及其两种亚型的关联性.研究样本996例,其中包括498例健康对照样本和498例病人样本(338例缺血性脑卒中样本和160例出血性脑卒中样本).对所有样本进行了CD40-1C/T多态性位点分型并统计分析,同时将本研究得出的缺血性脑卒中分析结果跟以往的研究进行荟萃分析.研究发现CD40-1C/T基因多态性与脑卒中、缺血性脑卒中及出血性脑卒中均显著关联,同时荟萃分析也表明缺血性脑卒中与CD40-1C/T基因多态性的关联与以往研究结果一致.本研究的发现表明CD40-1C/T基因多态性是脑卒中及其两种亚型的遗传风险因素.     

中国药物研发的新机遇:基于医药大数据的系统性药物重定位

在科研资源相对有限的前提下,如何提高药物研发的投入产出比,最终为全社会提供安全、有效和廉价的药品,是一个对我国生物医药基础和应用研究均具有重大意义的问题.面对国际上原创新药研发投入逐年增高且失败风险逐年增大的趋势,挖掘已有药物新的适应症(旧药新用或药物重新定位)能够在一定程度上有效规避研发风险、降低研发成本、加快药物上市的步伐从而迅速满足临床用药需求,因而成为众多国际制药企业重视和采用的一种战略.随着药物生物信息学的发展,药物重定位策略正从依赖临床观察的经验性研究,朝着基于大规模组学和医药大数据分析的系统性研究转变.本文将着重介绍国际上一系列用于挖掘和指导药物重定位的医药大数据挖掘方法,如基于基因表达谱联系图、全基因组关联分析、化合物-蛋白互作组、药物副作用等.参考和借鉴上述各种前沿技术,将有助于我国科研工作者开发和改进适应我国国情的药物重定位技术,特别是中药的适应症拓展,从而为我国带来社会和经济效益.     

人CYP2D6基因体外表达体系和功能研究方法的建立

根据GeneBank数据库中人CYP2D6基因构建表达载体pMA91-CYP2D6,转化酵母细胞AH22在体外进行表达,抽提所表达的CYP2D6微粒体蛋白进行Western Blot验证表明表达成功.该微粒体蛋白与探针药物异喹胍反应,利用HPLC检测生成产物4-羟基异喹胍,通过分析其得到酶动力学参数K m=10.14±0.94μmol/L,最终建立起完整的人CYP2D6表达体系和功能研究方法,为未来测定CYP2D6各等位基因对应酶的活性,实现临床个性化用药奠定基础.