神经退行性疾病致病蛋白分子的化学生物学

人类基因测序工程的完成,启动了对生命本质的认识,也标志着大规模研究蛋白质生物学时代的到来.人类基因组测序工程尚不能在蛋白分子水平解释和解决疾病的发病机制,因而无法通过灵活主动地发展和有效利用基因技术来治疗遗传性疾病和控制衰老等.最近在脑神经退行性疾病研究中提出的"蛋白质化学病变”之观点,将化学生物学方法与物理有机化学相结合,可能为人类基因组测序工程后的蛋白质组学研究和破译各种基因的功能提供有效的新手段,从而为揭示从基因、蛋白到生命和疾病的关系,提供新的研究思路和途径.     

人类基因组计划

以大量最新资料全面地概述了人类基因组计划(HGP)的研究状况 ,包括人类基因组计划产生的背景、任务、研究进展以及我国的人类基因组计划。HGP的主要任务是对人类基因组的 3× 10 9碱基对 (bp)进行测序 ,绘制人类基因组的工作图 ,进而破译人体遗传物质DNA上碱基对的生物学含义 ,弄清人类各种疾病与基因的关系。为从根本上预防人类疾病的发生、有效治疗疾病以及为人类历史的研究提供有力工具。至 2 0 0 0年 6月完成了覆盖人类基因组序列 97%的工作框架图 ,预计 2 0 0 3年完成基因的工作图。我国科学家完成了 3号染色体上 30 0 0万个bp的测序任务。我国基因资源丰富 ,应尽快加以保持和加快研究步伐。本文的目的就是使人们对HGP这一重大科技事件有全面的了解 ,深刻理解新成果的科技知识及意义。感受到“2 1世纪将是生命科学的世纪”这一科学家的预言已临近现实。     

鸟氨酸氨甲酰基转移酶基础和临床

尿素循环是人类和其他物种最重要的代谢循环，尿素循环障碍将会引起人类获得性或先天性高氨血症。鸟氨酸氨甲酰基转移酶（OTC）是尿素循环所需要的5种酶之一。人类OTC的基因定位于X染色体上，基因组DNA和蛋白已经被测序，蛋白质的X线三维结构也已经发表。OTC为基础科学家研究输入线粒体并进一步装配成三聚体的酶蛋白提供了一个很好的模型。在I临床上，OTC基因突变导致的OTC缺陷在儿科是一种相对常见且十分严重的遗传代谢性疾病，是引起尿素循环障碍的最常见的遗传病。本书详细介绍了OTC的分子基础，OTC缺陷所导致的临床疾病，动物模型，基因治疗的前景。     

启动人类蛋白质组计划 构建蛋白质组“百科全书”

正中国人类蛋白质组计划(CNHPP)全面启动实施,主要目标是以我国重大疾病的防治需求为牵引,发展蛋白质组研究相关设备及关键技术,绘制人类蛋白质组生理和病理精细图谱、构建人类蛋白质组"百科全书",全景式揭示生命奥秘,为提高重大疾病防诊治水平提供有效手段,为我国生物医药产业发展提供原动力。科技部、总后勤部相关领导及全国40多个科研单位的多名院士、专家出席。人类蛋白质组计划(HPP)是继基因组计划之后人类全面探索自我奥秘征程中又一伟大科技工程,是新世纪第一个国际大型科技合作计划。中国科学家率     

电子克隆新基因

随着基因定位和人类基因组测序及生物信息技术的迅猛发展,特别是人类基因组工作框架图和精细图谱及其初步分析结果的先后公布,表达序列标签(EST)已成为人类寻找未知功能的新基因以及克隆不同时空差异表达基因和疾病相关基因的重要标志物.从理论上讲,人类全套cDNA含有所有人类基因的不间断蛋白编码区,一经测出既有序列克隆又有物理克隆的人类完整cDNA,就将提供全面系统分析蛋白功能并最终认识人类生命活动本质的分子基础.     

基于酵母基因组高通量数据的基因-基因相互作用预测

后基因组时代的显著特点是大规模基因组和蛋白质组实验平台所产生的大量高通量数据,整合并利用基因组和蛋白组信息成为这一时代的主要挑战之一. 因此,基因-基因相互作用将有助于理解细胞内基因之间的相互作用以及信号传导通路研究提供有价值的参考. 为预测酵母基因组中基因-基因相互作用,我们利用高通量数据中的蛋白-蛋白相互作用、遗传表型数据、基因微阵列表达数据以及功能基因注释数据等来分析酵母中的基因-基因相互作用. 本文建立的预测方法为在系统水平上理解酵母基因组中的基因功能提供了依据,也为揭示酵母基因组中的基因-基因相互作用网络奠定理论基础.     

昆虫周缘神经系统感受化学信息的分子机制研究进展

自20世纪80年代以来,昆虫感受化学信息的机制研究进展十分迅速.气味分子结合蛋白和嗅觉受体蛋白两大类家族蛋白的发现,是昆虫感受化学信息分子机制研究的里程碑.近年来在这两大类蛋白的类型、多态性、结合特征、蛋白晶体结构、表达特点、基因缺失与电生理和行为的关系等不同方面进行了大量的工作,从而为明确这两类蛋白的生理功能及其在气味分子编码机制中的作用奠定了基础.目前已基本明确了气味分子结合蛋白主要具有接受化学信息的功能,课题组经过大量的研究发现该类蛋白还有将信号放大的功能.而嗅觉受体蛋白可以与气味分子发生作用,激活G蛋白,再作用于效应器,使得离子通道打开,产生相应电位,而将信号传出.昆虫对化学信息的分子编码机制问题的研究突破将为包括人类在内的脊椎动物感受化学信息的分子机制的研究提供有益的参考.     

可视化技术在基因组测序中的应用研究

随着人类基因组计划的顺利研究以及新型测序技术的不断发展,其逐步推动了农业中对动植物基因进行测序的计划进展。通过在农业中对动植物的基因进行测序可有效显示动植物疾病病变中的基因变化情况,为相关疾病的诊治提供可靠依据。本文就计算机可视化技术在基因组信息测序中的应用进行一下综述。     

扩展莫尼茨绦虫反应元件结合蛋白基因的克隆和cDNA序列分析

克隆扩展莫尼茨绦虫（Moniezia expansa）新基因,通过生物信息学方法分析该基因的生物学信息,初步预测该基因的功能,为进一步研究扩展莫尼茨绦虫并以其作为模式生物,为人类的某些基因未知功能的研究提供基础。构建扩展莫尼茨绦虫成虫cDNA文库,随机挑取重组阳性克降进行测序,对部分序列进行引物步移法测序,获取其全长cDNA序列;在NCBI上对该cDNA序列进行开放阅读框（ORF）的寻找、编码氨基酸的推导、核苷酸和氨基酸同源性比较以及蛋白质二级结构的初步预测。结果：获得了1个扩展莫尼茨绦虫基因－应结合蛋白,全长1861bp,编码592个氨基酸,属于DUF906家族,与曼氏血吸虫反应结合蛋白基因具有72．1％的同源性。编码蛋白的理论分子量为69．7653kDa,等电点为9．83.结论：获得了扩展莫尼茨绦虫反应结合蛋白的全长cDNA序列,对该基因功能的初步预测,它是一种基因转录因子,在扩展莫尼茨绦虫虫体中的具体作用机制目前还不清楚,推断该基因的功能在脊椎动物,乃至人类的基因功能研究中具有一定借鉴意义.     

高通量蛋白表达和纯化

随着全基因组测序技术日新月异的发展,科研人员现在可以很快捷的获得一种生物编码的所有蛋白的信息,这使得我们可以在细胞水平甚至生物体水平上研究蛋白结构、功能和蛋白质间相互作用。众多学科从中获益,从结构生物学、功能基因组学到药物发现等多个领域都将因此而获得长足的发展。     

海洋极端微生物和极端酶分子生物学研究

分离自海洋极端微生物的极端酶具有超常的生物学稳定性，能够在极端温度、pH值、压力和离子强度下表现出生物学活性，因此海洋极端酶为生物催化和生物转化提供了良机。新的极端物种的发现、基因组序列的确定及基因工程技术的应用，加快了发现和制各新酶的进程。蛋白质工程和定向进化技术进一步改善酶的活性和特异性，促进了海洋极端酶的工业应用。对极端酶的分子生物学研究加深了人们对酶稳定性机制的理解，丰富了分子进化理论。     

人类生老病死的奥秘有望解开

世界上首次破译人类基因组的测序图(生命天书)已由科学家们“绘就”。有关专家形象地介绍说,人类基因图绘制成功就像绘成了一张详尽的世界地图。而完成了测序工程,也就等于向解开人类生老病死的奥秘迈出了第一步。因为几乎每个人一生下来就带着各种疾病,而这可能是由于体内有缺陷基因造成的。人体     

筛查基因 诊断疾病 未来将出现基于个人基因情况的定制治疗

12年前,承载着人类所有遗传信息的“人类基因组”被破解。近年来,基因测序分析技术飞速发展,个人基因组测序的费用有望降到2000元以下,这使得普通人的基因解读成为可能。随着“基因组医学”时代的到来,基因组将代替病历本来调查某些疾病的风险和成因。对于基因组与疾病之间的关系,我们究竟了解到什么程度呢？     

酿酒酵母氧化应激系统的结构生物学基础

酿酒酵母是目前研究背景最为清楚的单细胞真核生物,迄今已知有78个基因编码的蛋白质直接参与其氧化应激反应.这些蛋白质按照功能可以被分为三大类:感应蛋白、调控蛋白和效应蛋白.我们从效应蛋白出发,沿着硫氧还蛋白系统和谷氧还蛋白系统的电子传递路线,逐一解析了所有关键节点蛋白质的三维结构.结合这些蛋白质的生化性质研究、蛋白质-蛋白质复合物的鉴定和结构解析,以及酵母基因组数据库中日益更新的实验数据,我们已初步建立参与酵母氧化应激反应的效应蛋白在原子分辨率上的相互作用网络.这些研究将为我们理解人类氧化应激反应的作用机理提供重要提示,进而可能用于疾病治疗和抗衰老药物的设计.     

芬兰克隆出人类关键基因组群

尽管人类基因组序列已经测序完成,但是,由于大多数基因没被分离出来,人类对基因作用机理的研究仍然受到阻碍。芬兰研究人员从人类基因组中分离克隆出了一类重要基因——蛋白激酶基因,该类基因通过磷酸化和调控其他蛋白,与众多细胞信号传导过程密切相关。据估计,约1／4的激酶在人类癌症患病过程中发生作用。该研究成果刊在《细胞》杂志上。     

一种基于酵母3',5'-二磷酸核苷酸酶的蛋白亲和层析纯化体系

<正>蛋白质是生命活动的主要承担者。蛋白质的结构和功能的研究在后基因组时代尤为重要。为深入分析蛋白质的结构和功能,研究者们需要分离纯化大量不同的蛋白质。亲和层析具有高选择性、高活性回收率和高纯度等特点已成为纯化蛋白质等生物大分子最有效的技术之一。目前,常用的亲和层析标签有多聚组氨酸、谷胱甘肽转硫酶、麦芽糖结合蛋白等,但不同的标签各有其优缺点。例如:研究发现如果表达的蛋白表面有几个接近的组氨酸,此蛋白可能结合Ni-NTA介质,最终和目的蛋白一同洗脱下     

外显子组测序技术述评

外显子组测序主要包括3个步骤:目标序列的富集、DNA测序、生物信息学分析。笔者介绍了外显子组测序技术及其在遗传研究中的应用,分析了该技术的优势和不足,并对其应用前景进行了展望。与转录组和全基因组测序技术相比,外显子组测序在编码基因获取方面具有高效、准确、低成本的特点; 与全基因组关联分析技术(Genome-wide association analysis, GWAS)相比,能有效检测基因组中编码基因的稀有变异,但还不能检测到基因组水平上较大的结构性变异以及内含子区域的信息。目前,外显子组测序技术在人类单基因控制的遗传疾病和多基因控制的复杂疾病的分子机理研究中,能准确找到孟德尔遗传疾病致病基因; 在动植物上能成功检测到目标编码区的核苷酸变化。随着模式木本植物全基因组测序的完成,利用该技术可以加快对木本植物性别、林木抗逆性及生长等重要性状基因的定位,应用前景广阔。     

国外期刊亮点

正破译油菜多倍体基因组中国农业科学院油料作物研究所等多个国内外相关机构通过合作首次完成了甘蓝型油菜的基因组测序工作。相关成果8月22日发表于Science上。研究发现,甘蓝型冬油菜基因组至少包含10多万个蛋白编码基因,为至今测序的植物种中基因数最多的物种。借助与亲本种甘蓝和白菜基因组的比较,科学家发现,该基因组进化的突出特点是2个亚基因组(A和C)存在广泛的、相互的基因或DNA序列置换。     

全基因组测序技术研究及其在木本植物中的应用

基因组序列是开展遗传研究重要的信息基础,随着测序技术飞速发展至第3代长片段测序方法,测序读长历经从几十到数万个碱基的提升,对进一步提升基因组组装的完整度以及准确性提供了极大的裨益。现已完成了大量植物种全基因组测序工作,其中木本植物有40多个,还有更多树种的全基因组测序正在进行之中。针对各类测序技术的基因组组装及后续分析,研究人员也开发了大量的生物信息学工具。笔者从测序技术、基因组装技术和全基因组测序生物信息学分析等方面,罗列了目前已完成全基因组测序的木本植物,介绍了全基因组测序技术的发展与应用,以及适用于第3代数据基因组组装的生物学分析软件,为林木基因组研究者提供一定的借鉴。     

射干-麻黄配伍治疗咳嗽变异性哮喘的分子机制探索

通过网络药理学方法预测射干-麻黄配伍治疗咳嗽变异性哮喘（cough-variant asthma,CVA）的可能分子机制。采用中药系统药理学数据库与分析平台（TCMSP）筛选射干、麻黄有效活性成分及对应治疗靶点,从GeneCards获取CVA疾病靶点基因,经过映射分析获得射干-麻黄活性成分直接作用的CVA目标靶点。构建中药-活性成分-靶点基因调控网络,通过String数据库进行目标靶点的蛋白质-蛋白质相互作用分析并筛选关键基因,借助生物信息分析工具预测靶点基因参与的基因本体生物学过程、京都基因与基因组百科全书信号通路。结果表明：从TCMSP获得射干-麻黄有效活性成分30个,直接调控的CVA靶点基因75个,射干-麻黄调控CVA存在多成分、多靶点的网络调控作用;靶点基因主要富集于核受体活性、直接配体调控序列特异性DNA结合的转录因子活性、泛素样蛋白连接酶结合、甾体激素受体活性、类固醇结合等98个生物学过程,以及PI3K-Akt信号通路、肿瘤中的微小RNA、乙型肝炎、卡波西肉瘤相关疱疹病毒感染、人类巨细胞病毒感染等110条信号通路。射干-麻黄活性成分可能通过抑制气道炎症反应与高反应性、调节自身免疫功能等环节发挥治疗CVA的作用。