细菌转录翻译偶联机制研究

中心法则描述了遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的传递过程。转录过程是RNA聚合酶以DNA为模板合成信使RNA的过程,翻译过程是核糖体利用信使RNA合成蛋白质的过程。与真核生物不同,细菌和古菌没有细胞核膜的分隔,其转录过程和翻译过程在相同时间、相同位置上进行。其中,RNA聚合酶与核糖体相互协同,同步完成转录和翻译的现象被称为转录翻译偶联。转录翻译偶联是细菌和古菌的一种重要基因调控机制,能同时有效地调控转录过程和翻译过程,是细菌适应复杂环境的重要生物学基础。数十年来,大量的研究逐步揭示了细菌转录翻译偶联机制在细菌基因表达调控中的作用,一系列参与转录翻译偶联过程的调控因子也被鉴定发现。近期,基于不同偶联状态的转录翻译偶联复合体结构的突破性研究,首次系统地展示了在不同信使RNA间距下,转录翻译偶联过程的动态变化,为后续研究转录翻译偶联基因调控机制提供了理论基础。     

RNA聚合酶动态调控DNA转录的单分子水平研究进展

真核生物的RNA聚合酶Ⅱ(Pol Ⅱ)和原核生物的RNA聚合酶(RNAP)主要负责转录合成信使RNA(mRNA)，调控不同基因的转录水平，以调节生物体的生长发育和应对复杂多变的环境。研究者采用传统的荧光显微镜观测到RNAP可形成团簇，据此针对DNA转录调控提出“转录工厂”模型。随着单分子技术的发展，研究者在单分子水平上观测到了活细胞中RNAP动态调控DNA转录，提出RNAP可以通过液-液相分离机制进行转录调控。该综述总结了不同单分子荧光显微镜的技术原理，以及相关的荧光探针标记方法，并介绍了在真核生物和原核生物中应用单分子成像技术可视化RNA聚合酶动态调控DNA转录过程的研究进展，最后展望了单分子技术在转录调控研究中的应用前景。     

转录前起始复合物的组装和启动子识别机制

基因转录作为中心法则的关键环节,将遗传信息由DNA传递至RNA,从而指导蛋白质的合成,是生物体最重要的生命活动之一。转录起始过程发生在几万种不同基因的高度多样化的启动子区,启动子区转录前起始复合物(PIC)的装配是转录起始的关键步骤,受到极其复杂的调控,是基因表达调控的核心。数十年来,大量基于TBP-TATA框体系开展的PIC结构和功能研究逐步揭示了基于TBP的PIC在TATA框启动子上的组装机制。近年来,研究显示,人类超过85%基因启动子不含有TATA框,并且几乎所有的基因转录过程都需要TFIID参与,且功能并不能够被TBP所替代。近期,基于TFIID的不同组装阶段的PIC结构和包含+1核小体的复合物结构的研究突破,首次系统地展示了PIC识别不同类型启动子及其在染色质上组装的分子过程,为后续研究基因表达调控提供了理论基础。     

植物染色质重塑复合体的保守性和特异性

真核生物基因组DNA及其所包绕的组蛋白形成的核小体是染色质的基本单位。染色质的形成一方面有助于将基因组DNA组装到细胞核中,另一方面也对基因表达具有重要影响。染色质重塑因子能够利用水解ATP产生的能量调控染色质上核小体的组装、移除、滑动及组蛋白变体的置换等,从而调控基因转录和其他多种生物学过程。真核生物中的染色质重塑因子主要包括SWI/SNF、ISWI、CHD和INO80四类,这些染色质重塑因子往往以多亚基复合体的形式存在。最近的研究工作系统鉴定了植物染色质重塑复合体的亚基组成和功能,揭示了植物染色质重塑复合体相对于酵母及动物染色质重塑复合体的保守性和特异性。对于这些复合体调控基因转录分子机制的认识也在不断深入。这些发现为深入研究染色质重塑在植物生长发育和胁迫应答中的作用奠定了基础。     

转录辅激活子p300/CBP的结构、功能及其在白细胞介素基因表达调控中的作用

p300/CBP(CREB Binding Protein，CBP)是多功能的转录辅激活子，它们参与细胞周期调控、细胞分化和细胞凋亡等多种生理过程. p300/CBP具有乙酰转移酶活性，能通过乙酰化组蛋白和非组蛋白的方式参与基因的转录调控，同时，它们能在转录因子和基本转录复合物之间起到桥梁作用，而且也能为整合多种转录辅因子提供支架. p300/CBP是肿瘤抑制子，在多种癌症中，都发现了p300/Cbp基因的突变或易位. 另外，在多种神经退行性疾病中，p300/CBP的功能受到抑制可能是引起细胞毒性的根本原因. 现已证明p300/CBP参与多种白细胞介素基因的表达调控. 结合我们的研究结果，本文对p300/CBP的结构、功能及其在白细胞介素基因表达调控中的作用进行评述.     

酵母RNA聚合酶Ⅱ体外转录亚病毒RNA的研究

真核细胞的依赖于DNA的RNA聚合酶Ⅱ在无蛋白质因子存在的条件下,在体外不能忠实转录DNA。然而,令人惊异的是植物来源的RNA聚合酶Ⅱ能在体外忠实转录类病毒RNA,产生全链长的产物。这一发现意味着类病毒RNA能提供类似启动子的位点,以便与RNA聚合酶发生特异性的相互作用,从而正确地起始转录。毫无疑问,这一系统将是了解真核细胞RNA聚合酶Ⅱ所催化的体外转录机制的理想模型之一。     

植物转录因子的结构与调控作用

植物各种诱导型基因的表达主要受特定转录因子在转录水平上的调控。典型的转录因子含有ＤＮＡ结合区、转录调控区、寡聚化位点及核定位信号区等功能区域。这些功能域决定转录因子的功能、特性、核定位及调控作用等,转录因子通过这些功能域与启动子顺式作用元件结合或与其他蛋白的相互作用来激活或抑制基因的表达。植物转录因子的结构与功能成为近年来植物分子生物学等研究领域的重要内容。     

RNA激活：一个正在被揭示的生物学现象

生物学领域中有太多未知需要被探索，RNAi和后转录调控仅仅是个开始。因为涉及到RNA介导的转录调控的复杂性有许多个层次。整个RNA世界远比我们所了解的复杂——     

从人到线虫的RNAa现象

RNA干扰(RNAi)原理的发现,使人们认识到小RNA-Argonaute通路介导的基因调控总是负性的,即导致基因表达沉默.2006年RNAa(RNA activation)现象的发现颠覆了这一看法,也引发争议.RNAa首先发现于人等哺乳类细胞,是由靶向基因启动子的、小RNA指导的RNAArgonaute通路对基因转录/表观遗传的正性调控.在RNAa过程中,小RNA与Argonaute蛋白形成RNA-蛋白复合物并进入胞核,与染色体上的靶位点结合,导致靶位点的组蛋白修饰等表观遗传的改变从而在转录水平激活基因表达.最近多项在线虫中的研究显示,线虫内源性22G-RNA指导Argonaute蛋白CSR-1在表观遗传水平促进内源性基因表达,以及微小RNA介导的RNAa,从而确立了RNAa是一种至少从线虫到人细胞进化保守的细胞机制,并揭示了小RNA基因调控通路的复杂性和功能多样性.     

转录因子与肿瘤糖代谢

能量代谢重编程是肿瘤的重要特征之一. 快速增殖的肿瘤细胞以高速率的糖酵解为主要的供能方式, 促进肿瘤对缺氧等应激环境的适应, 增加肿瘤的恶性潜能. 转录因子对糖代谢基因的调控是肿瘤能量代谢重编程的重要机制之一. 低氧诱导因子1 (hypoxia inducible factor-1, HIF-1), c-Myc, p53, NK-κB等作为调控糖代谢的主要转录因子影响糖酵解、三羧酸循环中相关基因的表达, 同时糖代谢酶或产物也能反馈调节转录因子的活性. 转录因子与糖代谢的相互作用关系为靶向代谢的抗癌药物的研究提供了新思路.     

C2H2锌指蛋白药物递送技术的研发与应用

锌指蛋白是真核生物中广泛存在的转录因子，在基因的表达调控中起着重要作用。近期研究发现，C₂H₂类型的锌指蛋白(通过两个半胱氨酸和两个组氨酸螯合锌离子)可通过巨胞饮进入哺乳动物细胞。进一步的研究发现C₂H₂锌指蛋白可介导多种模式蛋白质及药物蛋白质的高效细胞递送，其细胞穿透效率亦高于传统的细胞穿膜肽。文章介绍了锌指蛋白的基本生物学信息和其细胞穿透特性，并讨论C₂H₂ 锌指蛋白在大分子药物递送中的应用。     

基于DNA/RNA的逻辑门与逻辑运算

DNA和RNA具有精确的分子识别能力以及强大的信号存储能力. 利用DNA/RNA分子的生物学特性来构建分子级别的逻辑门并实现逻辑运算是近年来计算机科学和分子生物学交叉产生的新兴领域, 引起了研究者的广泛关注. 本文介绍了利用DNA/RNA分子的酶活性、结构特性来构建逻辑门的方法, 探讨了将单一逻辑门整合成复杂的逻辑运算的途径. 并且对于DNA/RNA逻辑门在体外检测和体内诊疗等生物医学中的应用进行了介绍, 提出了未来的发展方向.     

DNA聚合酶Ⅲ全酶的功能和结构的发现

介绍了DNA聚合酶Ⅲ和聚合酶Ⅲ*的发现,DNA聚合酶Ⅲ全酶形式的提出以及全酶亚基的分离。同时,介绍了DNA聚合酶Ⅲ全酶的结构和功能,其中包括α核心的聚合酶功能,ε亚基的3′→5′外切核酸酶活性,[WTHZ]β[WTH1]亚基滑动夹子的功能以及γ复合物的结构与功能。     

酶的研究与生命科学(三):分子生物学酶的发现和应用

20世纪下半叶,分子生物学取得迅猛发展,分子生物学酶的发现和应用在其中发挥了巨大的推动作用。DNA聚合酶、RNA聚合酶、逆转录酶、限制性内切酶和端粒酶等的鉴定和功能阐明拓展了对许多生命现象的理解和认识。这些酶的应用还衍生出重组DNA、桑格酶法测序和聚合酶链式反应等技术,在基因操作、DNA测序和扩增等方面具有广泛应用。通过介绍分子生物学酶的研究历程展现了酶的发现和应用对当代生命科学研究仍有重要意义。     

长链非编码RNA在癌症中的研究进展

长链非编码RNA(long noncoding RNA, lncRNA)是一类转录本长度超过200个核苷酸的非编码RNA,通常不编码蛋白质。随着研究的进展,人们发现lncRNA来源复杂、功能各异,在表观遗传学、转录水平、转录后水平等多个水平发挥着重要的作用。笔者旨在介绍lncRNA的来源及生物学功能,并着重阐述其在癌症生物学中的研究进展。     

DNA vs. RNA:到底谁说了算

中心法则是现代生物学的理论基础之一。绝大部分生命体将遗传信息储存在DNA中,遗传信息通过转录流向RNA,再通过翻译流向蛋白质。随着研究的深入,人们逐渐认识到RNA不只充当了遗传信息由DNA流向蛋白质的桥梁,RNA层面的转录后调控过程还对基因表达进行了更为精准高效的调节,RNA在中心法则中的核心地位越来越突出。在转录后调控过程中,RNA修饰起到了至关重要的作用。对RNA修饰及其修饰酶、脱修饰酶和结合蛋白的研究已成为一个引人瞩目的新方向——RNA表观遗传学/表观转录组学。N~6-甲基腺嘌呤(m6A)是目前研究最为深入的RNA修饰。本文着重介绍m6A修饰对干细胞的分化过程的调控,对病毒侵染宿主和自我复制过程的影响,以及m6A在果蝇性别决定中起到的关键作用。RNA修饰对于其他各种生命过程的影响也在不断地被揭示出来,预示着RNA修饰的研究必将深刻地影响医疗、制药,乃至农业的发展。     

神奇的酵母,科学的宠儿

酵母是一种单细胞真核生物,基于自身诸多优势而成为生物化学、遗传学和细胞生物学的重要研究模型。借助酵母无细胞体系阐明了酶的功能、酶的构成、辅酶特性、tRNA结构和真核转录机制等。酵母作为模式生物在细胞周期、囊泡运输、细胞自噬、端粒保护、蛋白质折叠、未折叠蛋白应答、DNA损伤应答、雷帕霉素靶点和组蛋白调节等重大发现中做出了根本性贡献。许多科学家也因此荣获诺贝尔奖。本文全面介绍酵母在科研中的应用价值。     

高等植物光系统复合物结构生物学研究进展

光合作用过程中，植物通过位于叶绿体中类囊体膜上的光系统II和光系统I及其他蛋白复合物将吸收的太阳能转化为化学能，并释放氧气。两个光系统均是由各自的核心复合物和外周捕光天线组成的多亚基膜蛋白色素复合体，并参与植物在不同光照环境的适应调节过程，了解这些复合物的结构有助于对光合作用分子机制的深入理解。文章系统总结了近期高等植物光系统II和光系统I及相关蛋白复合物的结构生物学研究进展。