低氧反应元件(HRE)调控下h-VEGF165基因表达及其蛋白产物的延迟消失

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低氧反应元件(HRE)调控下h-VEGF165基因表达及其蛋白产物的延迟消失

https://www.360docs.net/doc/101706269.html,

研究论文

Received 2005-11-14 Accepted 2006-01-20

This work was supported by Scientific Foundation of Jiangsu Educational Commission (NO. 03JKA300140).

*

Corresponding author. Tel: +86-516-5802033; E-mail: jia007mi@https://www.360docs.net/doc/101706269.html,

低氧反应元件调控下h-VEGF 165基因表达及其蛋白产物的延迟消失

张宜乾1,*,张中明1,闫英群1,董红燕2

1

徐州医学院附属医院胸心外科;2徐州医学院神经生物研究中心,徐州 221002

摘 要:血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)转基因可促进心肌缺血区血管生成,改善心脏功能,然而长期高水平表达又会引起诸多副作用。为调控VEGF 表达,在启动子区加入低氧反应元件(hypoxic response element,HRE)作为调控开关,研究氧环境对VEGF 基因mRNA 及蛋白产物表达的影响。重组腺相关病毒(recombinant adeno-associ-ated virus, rAAV)作为载体(rAAV-HRE-h-VEGF 165),转染离体培养大鼠心肌细胞,在常氧/缺氧(氧浓度1%)/缺氧复氧条件下进行培养,用酶联免疫特异性测定(enzyme linked immunosorbent assay, ELISA)方法检测培养液h-VEGF 165蛋白浓度,细胞免疫荧光染色观测细胞内h-VEGF 165蛋白表达,逆转录聚合酶链反应(reverse transcription polymerase chain reaction, RT-PCR)方法检测细胞h-VEGF 165 mRNA 表达。结果显示:未转染组、常氧培养组均无h-VEGF 165 mRNA 及其蛋白表达;缺氧培养组h-VEGF 165 mRNA 及蛋白均表达;缺氧复氧4 h 组的h-VEGF 165 mRNA 消失,培养液中h-VEGF 165蛋白减少,细胞内h-VEGF 165蛋白存在;缺氧复氧8 h 及12 h 组的h-VEGF 165 mRNA 消失,培养液和细胞内h-VEGF 165蛋白均消失。研究表明,在HRE 调控下,缺氧可促使h-VEGF 165基因表达,复氧后,h-VEGF 165 mRNA 表达停止,蛋白产物延迟消失。关键词:血管内皮生长因子;低氧反应元件;心肌细胞中图分类号:R654.2

Delayed disappearance of h-VEGF 165 mRNA and protein under regulation of hypoxic response element

ZHANG Yi-Qian 1,*, ZHANG Zhong-Ming 1, YAN Ying-Qun 1, DONG Hong-Yan 2

1

Department of Cardiothoracic Surgery, Affiliated Hospital; 2Neurobiological Research Center, Xuzhou Medical College, Xuzhou 221002,

China

Abstract: Transfer of vascular endothelial growth factor (VEGF) gene to ischemic myocardium may provide a useful approach for angiogenesis and improve cardiac performance. However, uncontrolled expression of VEGF in vivo may result in certain side effects,such as

hemangioma formation, retinopathy, and tumor development. We investigated the feasibility of using the nine copies of hypoxic response element (HRE) to control the expression of human VEGF 165 (h-VEGF 165) under anoxic condition at cell level and also observed the synchron of h-VEGF 165 mRNA and protein expressions. Recombinant adeno-associated viral (rAAV) vector was prepared by using the three-plasmid system and cotransfected to human embryo kidney 293T cells by the calcium phosphate precipitates method. The rAAV vector was purified by chloroform-PEG8000/NaCl-chloroform and added to cultured myocardiocytes. Myocardiocytes of Sprague-Dawley rat were cultured in serum-free medium and then randomly divided into eight groups. Group I: cultured under normoxic conditions (21% O 2) for 8 h as control; Group II: cultured under anoxic conditions (1% O 2) for 8 h; Group III: cultured under normoxic conditions (21% O 2) for 8 h with gene transfer; Group IV: cultured under anoxic conditions (1% O 2) for 8 h with gene transfer;Group V, VI, VII: cultured under anoxic conditions (1% O 2) for 8 h with gene transfer and then tured to normoxic conditions (21% O 2)for 4, 8 or 12 h, respectively; Group VIII: cultured under anoxic conditions (1% O 2) for 20 h with gene transfer. After completion of cell culture, the amount of h-VEGF 165 protein in

culture supernatant was quantified by using enzyme linked immunosorbent assay

(ELISA). Expression of h-VEGF 165 protein in cultured cardiacmyocytes was also evaluated by immunofluorescence. RT-PCR was employed to detect the expression of h-VEGF 165 mRNA. The results revealed that there were no expressions of h-VEGF 165 mRNA and protein in groups I, II, III, VI and VII. After gene transfer, the expressions of h-VEGF 165 protein and mRNA were significantly higher in groups IV and VIII than those in other groups (P <0.01); Immunofluorescence positive cells were observed in groups IV, V and VIII.RT-PCR revealed that a 484-bp strip can be found in groups IV and VIII, but unavailable in other groups. We conclude that HRE is a promising regulator for h-VEGF 165 gene expression following the changes of oxygen environment. HRE can induce the expression of h-VEGF 165 gene after hypoxia, but in normal oxygen condition, the expression of h-VEGF 165 was inhibited. Although expression of h-VEGF 165 mRNA ceased in normal oxygen condition under the control of HRE, expression of h-VEGF 165 protein was hysteretic to h-VEGF 165 mRNA expression.

Key words: vascular endothelial growth factor; hypoxic response element; cardiacmyocyte

血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)转基因治疗可促进心肌缺血区毛细血管生成,增加侧枝循环,减轻心肌缺血,改善心脏功能[1]。然而,人VEGF 165 (human VEGF 165, h-VEGF 165基因的长期高水平表达又会引起诸多副作用,如:肿瘤、视网膜病、血管瘤、关节炎等[2-4]。低氧反应元件(hypoxic response element, HRE)是位于低氧相关基因3'或5'端的一段DNA 序列,最先发现于促红细胞生成素(erythropoietin, EPO)基因的上游,核心序列为(A/G)CGT (G/C) C 。HRE 能与低氧诱导因子1α (hypoxia inducing factor, HIF-1α)特异结合,促使相关基因的表达上调,这些基因包括:VEGF 、EPO 、葡萄糖转运体1 (glucose transporter-1, Glut-1)、3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde phosphate dehydrogenase, GAPDH)、一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)[5-9],HIF-1α与HRE 特异结合的拮抗剂可抑制这些基因的表达[10] 。表明HRE 可以作为调控元件对转染的VEGF 基因进行调控,而且这种调控和缺氧引起的HIF-1α密切相关,这也正是治疗缺血性心脏病所需要的调控元件。研究显示,9个拷贝的HRE 作用最强[11-14]。

本研究中,在h-VEGF 165基因的启动子区加入9拷贝的HRE 作为基因表达调控开关,重组腺相关病毒(recombinant adeno-associated virus, rAAV)作为载体(rAAV-9HRE-h-VEGF 165),转染离体培养的大鼠心肌细胞,利用常氧/缺氧(氧浓度1%)/缺氧复氧的细胞培养环境,监测对h-VEGF 165基因表达和蛋白产物的影响。

1 材料与方法

1.1 实验动物 新生Sprague-Dawley (SD)大鼠,小于3 d ,体重(50±4) g ,雌雄不拘,由徐州医学

院实验动物中心提供。

1.2 实验材料 质粒rAAV-9HRE-h-VEGF 165由美国加利福尼亚大学的苏华教授惠赠(图1),质粒helper 、rep/cap 由协和医院王任直教授提供(图2、3)。HEK 293T 细胞购自协和医科大学细胞中心,

图 2. 辅助质粒pAAV-RC 的结构图

Fig. 2. Structure of pAAV-RC.

One helper plasmid has AAV rep

and cap genes.

图 1. 重组腺相关病毒载体结构图

Fig. 1. Structure of rAAV-9HRE-h-VEGF 165. ITR, inverted terminal repeat. We inserted the nine copies of HRE consensus sequence (CCGGGTAGCTGGCGTACGTGCTGCAG) to the human VEGF 165-plasmid between Sma I and Hin d III sites up-stream of the simian virus 40 (SV40) minimal promoter. We cloned the expression cassette (nine copies of HRE, SV40 minimal promoter, the human VEGF 165 cDNA, and SV40 polyadenylation signal) into an AAV vector between two inverted terminal repeats to generate the rAAV-9HRE-h-VEGF 165 vector.

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肠杆菌Dh5α购自上海生工,h-VEGF 165 ELISA 试剂盒购自博士德,RT-PCR 试剂盒购自北京鼎国,去内毒素质粒提纯试剂盒购自Qiagen 公司。

1.3 心肌细胞分离培养 新生SD 大鼠,碘伏消毒后固定,麻醉,开胸、取心,置入D-ha nks 液洗涤2次,将心肌组织剪成糊状,加入0.08%胰蛋白酶溶液(0.5%胰蛋白酶和D-hanks 液配置),37 ℃水浴恒温、搅拌、分次消化,每次10 min ,至心肌完全被消化。每次消化后将细胞悬液收集到离心管中,加适量含血清的M199培养液和胰蛋白酶。细胞悬液1 300 r/min 离心7 min ,弃上清,M199培养液重悬细胞,接种于50 ml 螺口培养瓶中。培养2 h 后将培养液转移(差速贴壁)至明胶处理过的24孔板中,加Brdu 浓度至0.1 mmol/L ,放入培养箱常规培养。

1.4 rAAV-9HRE-h-VEGF 165载体扩增、包装和纯化 取3份200 μl 分装的感受态细菌(大肠杆菌Dh5α),分别加入rAAV-9HRE-h-VEGF 165、helper 、rep/cap 三种质粒各5 μl ,培养过夜。挑取单个菌落接种培养,去内毒素质粒纯化试剂盒提纯质粒。HEK 293T 接种,磷酸钙共转染法转染三种质粒,继续培养2~3 d ,镜下见部分细胞脱壁,细胞毛玻璃样改变时,收集细胞沉淀,加入DNA 酶Ⅰ和RNA 酶,裂解,离心,抽提病毒上清。

1.5 心肌细胞转染,缺氧处理和分组 培养的心肌细胞共分为8组,每组12孔,滴加病毒液(不转基因组滴加等量PBS),37℃,95%空气/5% CO 2培养16 h ,转基因后,更换培养液,按组别继续培养,缺氧培养环境为94% N 2/5% CO 2/1% O 2;有氧培养环境为 95%空气/5% CO 2,复氧环境同有氧培养环境。Ⅰ组:空白对照组,不转基因,细胞有氧培养8 h ;Ⅱ组:缺氧对照组,不转基因,细

胞缺氧培养8 h ;Ⅲ组:转基因对照组,转基因,细胞有氧培养8 h ;Ⅳ组:转基因缺氧一组,转基因,细胞缺氧培养8 h ;Ⅴ组、Ⅵ组、Ⅶ组为转基因复氧组,转基因,细胞缺氧培养8 h 后复氧,分别在有氧下继续培养4、8、12 h ;Ⅷ组:转基因缺氧二组,转基因,细胞缺氧培养20 h 。每组

取6孔样品上清液做ELISA 测h-VEGF 165蛋白含量,六孔细胞做免疫荧光染色,6孔细胞做RT-PCR 测h-VEGF 165 mRNA 含量。

1.6 细胞培养液中h-VEGF 蛋白含量测定 取h-VEGF 165-ELISA 试剂盒,按说明配置底物工作液及标准品液,建立标准曲线,取待测细胞培养液遵试剂盒说明书加样测定492 nm 处吸光值。根据样品OD 值在标准曲线上查出相应h-VEGF 165蛋白浓度。

1.7 免疫荧光染色 细胞弃培养液后,4%多聚甲醛室温固定20 min ,PBS 洗涤,加一抗抗h-VEGF 165单克隆抗体(小鼠单抗体1:50),用含0.1%Triton X-100的PBS 稀释,FITC (马抗小鼠1:150)避光孵育2 h ,PBS 洗涤,液体石蜡封孔,荧光倒置相差显微镜观察。

1.8 RT-PCR 测h-VEGF 165 mRNA 弃孔内培养液,加 TRIzol 100 μl ,离心取上清,加20 μl 氯仿,震荡,离心。吸上层水相至另一离心管中,加异丙醇,离心,弃上清,加100 μl 75%乙醇,振荡,离心,弃上清,加50 μl DEPC 液60℃ 10min ,260 nm 的光吸收率测RNA 含量。实验步骤按RT-PCR 试剂盒提供,h-VEGF 165上游引物为5'-GCGCCAGTACTTCATAGGC-3',下游引物为5'-CGGTCTGAAAGGATGAGCC-3',扩增目的片段为484 bp ,GAPDH 内参片断为579 bp 。RT-PCR 循环采用94℃ 2 min ,94℃变性45 s ,70℃ 复性45s ,72℃延伸45 s ,35个循环;末次延伸时间72℃ 5 min 。最后用5 μl PCR 产物在1%凝胶上电泳,56 V 电泳60 min ,EB 染色40 min ,紫外光下摄像,用FR-980生物电泳图像分析系统(上海复日公司)对DNA 条带进行光密度扫描,用Smar t viewer 软件(上海复日公司)进行灰度分析,用h-VEGF 165/GAPDH 的IOD 比值表示h-VEGF 165 mRNA 的相对含量。

1.9 统计学分析 使用SPSS11.5统计软件对计量资料分析,计量资料以mean ±SD

表示,组间

比较采用方差分析。

图 3. 辅助质粒pHelper 的结构图

Fig. 3. Structure of pHelper. One helper plasmid has the adenoviral VA, E2A, and E4 regions that mediate AAV vector replication.

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2842 结果

2.1 心肌细胞形态变化

心肌细胞转染后,各组间细胞形态无显著差异,形态为多角形或梭形,见细胞搏动,缺氧组和复氧组细胞形态无显著不同,形态仍为多角形或梭形,搏动频率100次/min ,组间无差异,大部分细胞相互聚集、连接,呈同步搏动(图4)2.2 细胞培养液中h-VEGF 165蛋白含量测定

Ⅳ组和Ⅷ组h-VEGF 165蛋白含量明显高于其他组(P <0.01),Ⅴ组h-VEGF 165蛋白含量低于Ⅳ组和Ⅷ组,但高于Ⅰ组、Ⅱ组、Ⅲ组、Ⅵ组和Ⅶ组(P <0.01)(表1)。

2.3 免疫荧光法检测细胞浆内h-VEGF 165蛋白表达情况

Ⅳ组、Ⅴ组和Ⅷ组荧光染色可观察到绿色荧光,其余组均为阴性(图5)。2.4 RT-PCR 结果

各组均有内参片段,大小为579 bp ,Ⅳ组、Ⅷ组可见484 bp 大小片断(h-VEGF 165 mRNA),其他

图 4. 倒置显微镜下培养的新生大鼠心肌细胞

Fig. 4. Photos of neonatal cardiomyocytes detected under invert microscope.

表1. 各组h-VEGF 165蛋白含量

Table 1. The amount of h-VEGF 165 protein in each group

Protein (×10-6 g/ml) I II III

IV

V

VI

VII

VIII

h-VEGF 165

0.37±0.06

0.38±0.03

0.33±0.06

30.64±3.60*#19.70±1.85*0.39±0.090.36±0.0631.00 ±3.33*#

mean±SD, n = 6. *P <0.01 vs I, II, III, VI, VII groups; #P <0.01 vs V group.

图 5. 心肌细胞h-VEGF 165蛋白免疫荧光图

Fig. 5. The immunofluorescence staining with an antibody to h-VEGF 165 protein revealed intense expression in cardiocytes. Expression of h-VEGF 165 protein was present in groups IV, V and VIII, but absent in groups I, II, III, VI and VII. Scale bar, 10 μm.

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张宜乾等:低氧反应元件调控下h-VEGF 165基因表达及其蛋白产物的延迟消失

组几乎不能检测到目的片断(图6、7)。

强子特异结合的DNA 结合蛋白,当缺氧的细胞恢复到常氧环境后,此蛋白的DNA 结合活性迅速丧失。而且在不缺氧或经热休克处理的细胞,其核抽提物中也无此蛋白DNA 结合活性,并证实它是与EPO3增强子第一部分结合,缺氧诱导的此DNA 结合蛋白(转录因子)即称HIF-1,此EPO3 增强子第一部分的DNA 序列后来被称为HRE 。在生理条件下,低氧是HIF-1的主要诱导因素[20]。这些诱导因素可以上调HIF-1的表达,活性增高,与HRE 结合诱导HRE 下游的基因(VEGF)表达。Birot 等[21]研究表明常氧大鼠心室即可有VEGF mRNA 表达,缺氧时表达量增加,但2 d 后又恢复至常氧水平。本实验采用的h-VEGF 165基因转染,检测时特异性检测h-VEGF 165的表达情况,而大鼠心肌细胞自身分泌的r-VEGF 蛋白不在检测范围,这就排除了r-VEGF 基因表达对本实验结果的干扰。实验中,未转染细胞、常氧培养细胞和缺氧/复氧培养细胞转染后均无h -VEGF 165 mRNA 表达,转染h-VEGF 165细胞在缺氧培养条件下有h-VEGF 165 mRNA 表达,说明缺氧条件下,转染的h-VEGF 165基因表达与大鼠自身心肌细胞的r-VEGF 表达可能存在差异,因本实验未对r-VEGF 进行检测,故无法进一步讨论其差异性。

在缺氧、复氧的不同时间采用3种方法检测h-VEGF 165基因的表达情况。实验结果表明,心肌细胞在转病毒并且缺氧后才有h-VEGF 165蛋白表达;复氧4 h ,h-VEGF 165 mRNA 已经消失,细胞浆内仍有h-VEGF 165蛋白,但细胞外培养液中蛋白量低于单纯缺氧组,说明心肌细胞h-VEGF 165蛋白分泌量已经明显减少;继续复氧8 h 和12 h 后,h-VEGF 165RNA 和细胞内外的h-VEGF 165蛋白均消失,而缺氧20 h 组仍有h-VEGF 165 mRNA 表达和h-VEGF 165蛋白,说明h-VEGF 165蛋白的消失并非基因转染时效引起,而是因为复氧后,缺氧环境消失,基因表达调控有效关闭HRE 所致。

本研究结果显示,细胞缺氧时,h-VEGF 165基因表达明显增加,而复氧4 h 后h-VEGF 165 mRNA 已经消失,虽h-VEGF 165蛋白尚存,但其蛋白延迟消失时间并不超过8 h ,蛋白的延迟消失可能与蛋白自身的代谢有关,而VEGF 发生视网膜病等副作用常于20个月以后[11],可知数小时的时间窗显然不足以引起VEGF 的诸多副作用,进一步说明HRE 对转导的VEGF 基因表达调控是灵敏的,能够受细胞氧环

境变化的影响,适时开启或闭合目的基因的表达,

图 6. h-VEGF 165逆转录聚合酶链反应结果

Fig. 6. Expression of h-VEGF 165 mRNA. RT-PCR revealed that a 484-bp strip can be found in group IV and group VIII, but unavailable in other groups. M, marker; 579 bp, GAPDH band;484 bp, h-VEGF 165

mRNA.

图 7. h-VEGF 165逆转录聚合酶链反应检测半定量图Fig. 7. Semiquantitative results of h-VEGF 165 mRNA expression.After gene transfer, the expressions of h-VEGF 165 mRNA were higher in group IV and group VIII than those in other groups significantly. *P <0.01 vs groups I 、II 、III 、V 、VI 、VII.

3 讨论

将VEGF 基因转移于靶器官使其长期高效表达是基因治疗的目的,若VEGF 不能在心肌中长时间保持较高的浓度,仅引起短期反应,则不能有效地诱导血管生成或仅生成一些无功能的毛细血管[15]。Schwarz 等[3]在大鼠缺血心肌边缘注射VEGF 质粒,33 d 后可见缺血边缘区新生血管,但并不成熟,对心肌供血无明显改善。腺相关病毒作为基因载体无免疫原性,可以使所携带基因长期表达(可达20个月以上) [16-18],但是VEGF 基因在体内长时间及高水平的表达若难以控制,循环中VEGF 蛋白的持续升高可导致诸多副作用的发生,如:肿瘤、视网膜病、血管瘤、关节炎及软骨瘤的生成等,其中一些副作用所导致的并发症往往是十分严重的[2-4]。

Wang 等[19]最早发现缺氧可诱导一个与EPO3 增

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在治疗血管生成的安全性方面具有一定的临床实用价值。

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人SRY基因表达及表达蛋白的结合功能研究

人SRY基因表达及表达蛋白的结合功能研究 院系:生命科学学院 专业:生物工程 班级:122 学号:2012031202 姓名:陈志强 日期:2015年6月28日 【摘要】研究人类性别决定基因(sex determining region on the Y chromosome,SRY)表达蛋白对下游基因的调节作用。将SRY基因HMG结构域片段与表达载体PET-15b-进行重组,构建了SRY基因的表达质粒PETSY,转入大肠杆菌中表达,组氨酸结合树脂柱纯化表达蛋白,与苗勒氏管抑制因子基因(Müllerian inhibiting substance,MIS)启动子区片段进行凝胶电泳阻滞试验及竞争试验。获得SRY基因表达蛋白,分子量接近20.8U(21kD),凝胶电泳阻滞试验及竞争试验表明,SRY表达蛋白能特异结合位于19号染色体的MIS基因的启动子区。提示SRY基因对MIS基因转录具有调节作用。 【关键词】性别决定基因基因表达苗勒氏管抑制因子基因蛋白结合功能 前言 SRY基因作为睾丸决定因子(testis determining factor,TDF)的候选基因于1990年被Goodfellow定位在Y染色体短臂上之后,各种性别发育异常与SRY基因突变、缺失、异位等的研究相继报道。而SRY基因在性别发育过程中是如何起作用的,一直是人们关注的课题。目前认为SRY基因是在睾丸分化发育中起着开关式的重要调节作用的基因之一,其编码的蛋白具有DNA结合功能,属HMG结构域的转录因子家族。Haqq等[1]对SRY基因表达蛋白功能进行研究的结果提示SRY蛋白在调节下游基因中起重要作用。MIS是在性别发育过程中通过

金属硫蛋白研究进展

金属硫蛋白研究进展 【摘要】金属硫蛋白(metallothionein,MT)是近来发现的人类肿瘤细胞表面表达的一个生物学标记。本文就MT与肿瘤的关系等方面的研究进行了综述,并对MT研究中存在的问题进行探讨及展望。 【关键词】金属硫蛋白;肿瘤;进展 金属硫蛋白(metallothionein,MT)于1957年由哈佛大学的Margoshes和Valee 从马的肾脏中首次分离出来,发现其相对分子质量低,富含半胱氨酸,具有丰富的金属蛋白结合位点及独特的分子生物学结构。大部分哺乳动物细胞的生长、繁殖都需要基础水平的MT来完成金属调节过程。目前MT在肿瘤的发生、发展及预后治疗中的作用愈来愈受到各国学者的关注。并且有研究报道高水平MT 表达与肿瘤发展过程中的基因产物甲胎

蛋白相似[1]。 1 MT的分类及基本特性 哺乳动物MT有61个氨基酸,相对分子质量为6~7 kD,其中20个氨基酸为半胱氨酸,这样每一个MT分子就可以结合7~12个金属离子(主要为+2价金属离子)。 MT的生理作用主要是参与微量元素的储存、转运和代谢;拮抗电离辐射;清除自由基、拮抗脂质过氧化作用,对生物膜具有保护作用;对重金属具有解毒作用;与机体的生长发育、延缓衰老、中枢神经系统修复及某些疾病的发生有关[2-3]。 2 MT基因结构及其调控 动物的MT基因属多基因类,具有基本相似的结构。MT基因分为5侧翼区(5′-UT)、5′非翻译区(5′-UTR)、3个外显子、2个内含子、3′-UTR和3′端。3个外显子被2个内含子所分隔。MT基因在3′非翻译区均有一个典型的多腺苷酸信号序列AATAAA。比较人和鼠的MT基因

TAL效应蛋白研究进展

TAL效应蛋白研究进展 摘要介绍了TAL效应蛋白相关的研究进展,包括TAL效应蛋识别DNA,其在基因工程上的应用,TALENs中DNA结合域的设计和组装,并对未来发展趋势进行分析和展望,以期为TALENs技术的发展与应用提供参考。 Abstract The related research advances on TAL effect protein were introduced,including TAL effect protein identification of DNA and application in genetic engineering,design and assembly of DNA binding domain in TALENs.The future developing trend was analyzed and prospected,so as to provide references for development and application of TALENs technology. Key words TAL effect protein;TALENs;targeting DNA;genetic engineering 细胞通过合适的DNA结合蛋白来控制表达、复制和传输遗传物质。在活细胞中以靶向方式改变核苷酸序列和基因表达是有难度的,实现所需的特异性面临挑战。植物病原细菌的类转录激活因子效应物包含一个模块化DNA结合结构域,似乎克服了这一困难。在DNA中包括串联式、多态氨基酸重复的个别特定连续的核苷酸,这些领域正在向目标DNA展开中,应用范围从模式生物中了解基因功能到在作物中改善性状以及人类治疗遗传性疾病。 从生物学已经在寻找控制细胞中的遗传信息,通过DNA靶向工程中的DNA 结合域与新的序列特异性融合它们到蛋白质中从而改变DNA及其表达。锌指结构域主要识别三核苷酸,已经被广泛使用。锌指结构的排列组合到识别不同长度的上游目标基因已经被融合至转录激活或抑制蛋白质,目的是创建人工基因调控子[1]并且序列特异性的锌指核酸酶(ZFNs)也已经创建,通过定向染色体分离,能够定向突变和基因组的编辑[2]。虽然在DNA靶向与锌指结构中已经取得了相当大的进步[3],但其广泛应用已经被资源密集型和新兴市场获得新的DNA序列特异性阻碍。转录激活元件(TAL)效应蛋白以一种明显的模块方式识别DNA,也就是更多的是接受DNA定位:串联,多聚氨基酸重复在这些蛋白质中独立的特异性,在DNA定位中连续的核甘酸。然而发现仅在植物病原细菌中,特别是黄单胞菌属,TAL效应蛋白成员是转录领域,活性转录激活因子。通过细菌型Ⅲ分泌系统注射进植物细胞,导入到植物细胞核中并且定位特异性效应物基因启动子[4-5]。TAL效应蛋白结合激活下游基因的表达,导致细菌克隆、症状形成及病原体传播。通过开拓TAL效应蛋白-DNA,识别DNA靶向控制体内遗传物质。 1 TAL效应蛋白识别DNA TAL效应蛋白重复的氨基酸集中位于蛋白质的靶向结构域,通常由34个氨基酸组成。大多数TAL效应蛋白有13~28个重复[6]。这34个氨基酸中除了第12~13位的氨基酸变化较大之外,其他氨基酸高度保守。这2个不保守的氨基酸被命名为重复可变区(repeat variable diresidue,RVD)。不同的TAL效应子都

金属硫蛋白基本知识

金属硫蛋白 1、MT命名及定义 根据与 MT结合的金属的不同,对只舍一种金属,例如 Cd或 Cu等,可分别定名为镉金属硫蛋白或铜金属碗蛋白等;还可根据结合金属的摩尔含量写成 Cd 7–MT、Zn 7 –MT等 (表示每分子结合7个分子Cd或Zn)。对于含一种以上金属, 如同时含 Cd和Zn时,可写成Cd,Zn-MT。对其分子结构上的差别,可用罗马数字和小写字母标出,例如MT-Ⅱ、MT-Ⅰ、MT-Ⅱ a 等。 经典MT定义:根据金属硫蛋白命名委员会(Thecommitteeon the Nomenclature of Metallothionein)的建议,1988年,Kagi将具有以下特征的蛋白质或多肽定义为MT(Kagi & Schaffer, 1988)。 1.低分子量,一般为6,000-7,000道尔顿,含60-63个氨基酸残基; 2.高金属含量,每分子蛋白质可结合7个二价金属离子,或多至18个一价金属离子; 3.特有的氨基酸组成,无芳香族氨基酸及组氨酸; 4.富含Cys残基(约23-33%),无二硫键;特征的氨基酸序列,Cys残基在氨基酸序列中占据相当保守的位置; 5.所有的Cys残基均以还原态存在;并通过巯基以硫酯键结合金属离子;从而具有金属巯基化合物的特征吸收光谱。 实际上,这只是对经典MT的一个定义。现在MT家族所包括的成员远远超出以上定义的范围。 ※ Cys半胱氨酸 2、MT的分类 1.1 根据 MT的结构差异,一般将其分3类 第1类:MT的氨基酸序列中的半胱氨酸位置与最先从马肾中分离的 MT的氨基酸序列中的半胱氨酸位置紧密相关的多肽。所有哺乳动物的 MT都属于这一类。其它来源的 MT只要其基本结构与哺乳动物的MT相似亦归这一类。 第2类:MT氨基酸序列结构中的半胱氨酸位置与马肾 MT关系较远,与哺乳动物 MT没有或很少有相似的进化关系。如酿酒酵母和某些高等植物的 MT属于这一类。 第 3类:非典型的 MT。是一类由非转译合成的金属硫醇盐多肽,由γ-谷氨酰半胱氨酰基单元组成。这类MT主要来源于真核微生物,常称之为类 MT。依据它们之间的差异,又可分为4种类 MT: 第一类:含大量的酸性氨基酸残基,天冬氨酸含量大于 14%,谷氨酸含量大于18%,这类 MT仅被Cu、Ag诱导。 第二类:它们由同样的肽基亚单位构成,基本结构为γ-谷氨酰肽或称(γ -EC) n G 或 (γ-Glu-Cys) n -Gly。 第三类: MT不舍芳香族氨基酸,分子量为9~9.5kD。

dominant negative显性负性效应

dominant-negative的解释 从字面上理解,一个基因的两条等位基因中,有一个等位基因发生突变就能造成疾病(或者产生异常的生物学效应),那么这种突变称之为显性的(dominant),常染色体显性遗传病的基础一般都是显性突变。 而这种突变的蛋白如果能够影响到正常蛋白的功能,那么其效应应该是“负”的(negative),此类突变就被称之为显性负效应突变dominant-negative mutation。 dominant-negative效应只是显性突变机制中的一种,这种突变的蛋白往往不会降解,而且能与野生型的蛋白结合从而导致野生型蛋白的功能改变或者丧失。 dominant-negative效应有三个必须的条件,一、突变是显性的,也就是生物体内基因组上野生型的等位基因与突变的等位基因分子数为1:1;二、突变不能影响mRNA以及成熟蛋白的稳定性,也就是突变的蛋白亦会表达; 三、突变的蛋白一定要与野生型蛋白相互结合(或者称之为直接作用)而且影响到野生型蛋白的功能,这种结合不一定是1:1,也有可能是1:2 或者2:1或者其他比例,视蛋白的结构功能而定。 最典型的例子就是各类自身会形成多聚体的蛋白,以二聚体蛋白为例,无论是体外实验还是体内,如果突变的蛋白与野生型按1:1进行相互作用的话,能检测到的正常蛋白的功能通常要远远低于正常的50%,这是因为突变蛋白无论与野生型还是突变蛋白自身结合,最终都将是功能丧失,而正常野生型与野生型蛋白结合的比例将会非常的少,不足以支撑正常的生物学功能。 但Dominant negative 实际上还可能有一种延伸:突变蛋白A能与野生 型蛋白a竞争性结合蛋白B。突变蛋白A无功能但可能结合活性更强,产生竞争性抑制,导致野生型蛋白a和蛋白B都无法发挥正常的生物学功能,产生Dominant negative 现象。 显性负效应dominant negative effect 就是指当一个突变基因导入细胞后,不仅其表达的蛋白没有活性,而且该无活性蛋白还能抑制细胞内正常有活性的蛋白发挥功能。

蛋白体外表达与纯化

蛋白体外表达与纯化 随着后基因组时代的到来,蛋白质组成为科学研究的热点。蛋白质作为生命机体的主要活动的承担者,其体外表达与纯化在研究相应基因的功能上有重要意义。 蛋白体外表达系统按其表达宿主可分为原核表达系统,真核表达系统和哺乳动物细胞表达系统。 一:原核表达系统 原核表达系统的宿主菌主要以大肠杆菌为代表,大肠杆菌表达体系是目前应用最广泛的外源基因表达体系,这也是外源基因表达的首选体系。该表达体系的优点:遗传学和生理学背景清楚;容易培养;外源基因经常可以高效表达及操作简单、周期短、成本低等。其不足之处是不能进行典型真核细胞所具有的复杂的翻译后修饰;广泛的二硫键的形成及外源蛋白组装成蛋白复合体的能力也受到限制;另外外源基因产物在大肠杆菌中易形成不溶的包涵体;有时由于真核mRNA的结构特性及密码子使用频率与大肠杆菌的差异,而的不到足够的产物。二:真核表达系统 真核表达系统的宿主菌主要以酵母表达系统为代表,酵母基因表达系统的载体通常既能在酵母中进行复制也能在大肠杆菌中进行复制,形成所谓酵母菌――大肠杆菌穿梭载体。因以大肠制备质粒DNA较方便,通常利用大肠杆菌系统构建酵母载体以简化手续,缩短时间。作为基因表达系统的宿主应该具备以下条件:安全无毒,不致病;遗传背景较清楚,容易进行遗传操作;容易进行载体DNA的导入;培养条件简单;有良好的蛋白分泌能力;有类似高等真核生物的蛋白翻译后修饰功能。 三:哺乳动物细胞表达系统 由于本专业不涉及哺乳动物细胞表达系统的应用,故此不赘述。 表达载体的种类及相应的分离纯化方法 作为表达载体必须具备以下特征:稳定的遗传复制、传代能力,无选择压力下能存在于宿主细胞内;具有显性的筛选标记;启动子的转录是可调控的;启动子的转录的mRNA能够在适当的位置终止;具有外源基因插入的多克隆位点。 在原核表达系统中常用的表达载体有:PET-载体系列,用这类载体表达出的外源蛋白在N端或C端或两端均具有his tag。用该载体表达出的外源蛋白通过其末端组氨酸与Ni2+的结合以亲和层析的方法而纯化。PGEX-载体系列,用这类载体表达出的外源蛋白以GST融合蛋白的形式存在,以Glutathione Sepharose 4B 柱亲和层析得以纯化。 本实验将以PGEX4T—3为载体,在大肠杆菌BL21DE3菌株中表达外源蛋白OsWAK2为例介绍蛋白的表达与纯化。 实验方法与步骤: 一:目的蛋白的粗提 1.构建载体,转化BL21DE3宿主菌感受态细胞 2.挑单菌落于10ml 含有60ug/ ml的液体LB培养基中37℃200rpm摇培16—18小时3.取5 ml摇好的菌液加到250 ml备好的含有60ug/ ml的液体LB培养基中37℃200rpm 摇培,至对数生长中后期

分子生物学第一篇基因表达调控和蛋白质修饰

分子生物学第一篇: 基因表达调控和蛋白质修饰 基因组(Genome): 生物个体所携带遗传性物质的总量。即细胞中的DNA总量,或病毒的DNA或RNA量 “C值悖论”(C-value paradox): C值:一种生物细胞中特异不变的DNA总量(单倍体基因组)。物种的C值和它进化的复杂性之间没有严格的对应关系,这种现象称为C值悖论。基因表达(Gene expression): 在一定调控机制下基因经过激活、转录、翻译、等过程产生具有生物学功能分子从而赋予细胞一定功能或表型,即基因的转录和翻译的过程。 基因表达调控(Regulation of gen expression): 细胞或生物体接受环境信号刺激或适应环境营养状况变化在基因表达水平上作出应答的分子机制。这包括对表达基因种类和数量上的调调控。 基础基因表达(basic gene expression):又称持续性/组成型基因表达(constitutive gene expression): 不易受环境变化而改变的基因表达。这其中包括一类“管家基因(housekeeping genes)”, 这类基因产物是细胞生存活动所必需的,在个体各生长阶段都表达。 可调节基因表达(regulated gene expression):易受环境变化而改变的基因表达。对环境应答时被增强表达的过程称为诱导(induction), 被激活的基因称为可诱导基因(inducible genes);对环境应答时被抑制表达的过程称为阻遏repression),被抑制的基因称为可阻遏基因(repressible genes) 基因表达规律:组织特异性(tissue specificity)时间特异性(temporal specificity) 基因表达调节的生物学意义: (一) 适应环境,维持生长和增殖 (二) 维持个体发育与分化. 真核细胞的结构特性: 1、庞大基因组,结构复杂,大量重复序列,基因组大部分是非蛋白质编码的序列,基因内部常被内含子(intron)隔开 2、结构基因转录产物是一条单顺反子(monocistron)mRNA,基本上没有操纵元件的结构,而且真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽链形成的亚基构成的,涉及到多个基因的协调表达。

细胞生物学简答题整理

1、简述G蛋白偶联受体所介导得信号通路得异同 G蛋白偶联受体所介导信号通路分为三类: ①激活离子通道;②激活或抑制腺苷酸环化酶,以cAMP为第二信使;③激活磷脂酶C ,以IP3 与DAG 作为双信使 激活离子通道: 当受体与配体结合被激活后,通过偶联G蛋白得分子开关作用,调控跨膜离子通道得开启与关闭,进而调节靶细胞得活性。 激活或抑制腺苷酸环化酸得cAMP信号通路: 细胞外信号(激素,第一信使)与相应G蛋白偶联得受体结合,导致细胞内第二信使cAMP得水平变化而引起细胞反应得信号通路。腺苷环化酶调节胞内cAMP得水平,cAMP被环腺苷酸磷酸二酯酶降解清除。 cAMP信号通路主要就是通过活化cAMP依赖性蛋白激酶A (PKA) ,激活靶酶开启

基因表达,从而表现出不同得效应. 蛋白激酶A 由2个催化亚基与2个调节亚基组成,cAM P得结合可改变调节亚基得构象,释放催化亚基产生活性。 蛋白激酶A被激活后,一方面通过对底物蛋白得磷酸化,引起细胞对胞外信号得快速反应;另一方面,其催化亚基可进入细胞核,磷酸化cAMP应答元件结合蛋白(CREB)得丝氨酸残基.磷酸化得CREB蛋白被激活,它作为基因转录得调节蛋白识别并结合到靶细胞得cA MP应答元件(CRE) 启动靶基因得转录,引起细胞缓慢得应答反应。 cAMP信号通路中得缓慢反应过程:激素→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→ cAMP依赖得蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录。 cAMP就是由腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase,AC)催化合成得,腺苷酸环化酶为跨膜12次得糖蛋白,在Mg2+或Mn2+存在下能催化ATP生成cAMP;细胞内得环腺苷酸磷酸二酯酶(PDE)可降解cAMP生成5'-AMP,导致细胞内cAMP水平下降。因此,细胞内cAMP得浓度受控于腺苷酸环化酶与PDE得共同作用). cAMP信号调控系统由质膜上得5种成分组成:刺激型激素受体(Rs)、抑制型激素受体(Ri)、刺激型G蛋白(Gs)、抑制型G蛋白(Gi)、腺苷酸环化酶(E).Gs与Gi得β、γ亚基相同,而α亚基不同决定了对激素对腺苷酸环化酶得作用不同。 Gs得调节作用:当细胞没有受到激素刺激时,Gs处于非活化状态,G蛋白得亚基与GDP结合,此时

金属硫蛋白对仔猪抗氧化功能及SOD基因表达的影响(一)

金属硫蛋白对仔猪抗氧化功能及SOD基因表达的影响(一) 作者:李丽立,刘云华,侯德兴,印遇龙,张彬,侯振平,邱细敏 【关键词】金属硫蛋白;抗氧化酶;基因表达;仔猪 【Abstract】AIM:ToinverstigatetheeffectsofexogenousZnmetallothionein(ZnMT)onantioxidativefunctionandge neexpressionofSODinweaningpiglets.METHODS:Eighteenpiglets(Duroc×Landrace×Yorkshire)were selectedanddividedinto3groups(1,2and3)randomly.Thepigletsweresporttoproducestress.ZnMTofp igletliverdissolvedinphysiologicalsalineweretheninjectedintothepigletsofgroup1,2and3withthecon centrationsof0,0.8,1.6mg/kg,respectively.Threeand6hlater,3pigletswereselectedfromeachgroupra ndomlyandslaughteredtogetliversamples.Thebiochemicalindexesrelatedtoantioxidationandthelev elofSODgeneexpressioninliverweredetermined.RESULTS:AfterZnMTinjection,theactivitiesofSODan dGSHPXincreasedsignificantly(P0.05),thecontentofMDAdecreasedsignificantly(P0.05),andthelevelofantireactiveoxygenspeciesandantis uperoxideanionhadthetrendofimprovement.SixhoursafterZnMTinjection,thelevelofSODgeneexpr essioningroup2and3increasedsignificantlyascomparedwiththatingroup1(P0.05).ThelevelofSODgen eexpressioningroup2and3at6henhancedsignificantlyascomparedwiththatat3h.Thus,ourdataindica tedthatZnMTtreatmentstimulatedSODmRNAexpressioninatimeanddosedependentmanner.CONCL USION:ActivityofantioxidasecanbeincreasedbysupplementofZnMT,therebyimprovingthepowerofa ntistress. 【Keywords】metallothionein;antioxidativeenzyme;geneexpression;piglet 【摘要】目的:用仔猪作模型,研究经锌元素诱导的外源性金属硫蛋白(ZnMT)对机体抗氧化功能和超氧化物歧化酶(SOD)基因表达的影响.方法:选用杜长大杂交仔猪18头,随机分为3组(1,2和3).分别肌肉注射经生理盐水溶解的猪肝ZnMT0mg/kg(1组),0.8mg/kg(2组),1.6mg/kg(3组),让仔猪运动产生应激.注射MT后3h和6h,分别从每组取3头仔猪屠宰取肝脏,测定肝脏中与抗氧化有关的生化指标,检测肝脏SOD基因表达水平.结果:在应激条件下,补充外源性ZnMT一段时间后,仔猪肝脏SOD,GSHPX活性显著升高(P0.05),MDA含量显著降低(P0.05),肝脏抗活性氧和抗超氧阴离子水平也有提高的趋势.在注射ZnMT 后6h,0.8mg/kg,1.6mg/kg组仔猪肝脏SOD基因表达水平比对照组显著提高(P0.05).0.8mg/kg 组和1.6mg/kg组6hSOD基因表达水平比3h显著增加,表明MT对SOD基因表达的诱导与时间和剂量关系密切.结论:补充外源性ZnMT可提高应激机体的抗氧化物酶活性,从而提高机体的抗应激能力. 【关键词】金属硫蛋白;抗氧化酶;基因表达;仔猪 0引言 应激可使机体脂质过氧化反应增强,继而通过产生自由基造成组织损伤,致生物体病变,生产力下降,甚至死亡〔1〕.金属硫蛋白(metallothionein,MT)是分子量低、富含半胱氨酸的金属结合蛋白.研究表明,MT具有显著的清除自由基、抗脂质过氧化和增强机体免疫力的作用〔2-3〕.因此,MT通过清除自由基,可增强抗氧化酶的活性,阻断脂质过氧化链式反应,减少膜脂质过氧化损伤,减少DNA损伤.因而将MT应用于动物,完全有可能达到缓解氧化应激,提高生长速度,减少疾病的发生,减缓鲜肉氧化速度,延长动物利用年限,提高经济效益的目的.但以往有关金属硫蛋白的抗氧化、抗应激研究以内源性为主,而且大都仅从抗氧化酶的活性变化来探讨金属硫蛋白清除自由基、抗氧化的作用.有关MT在猪体内的研究鲜见报道.基于此,我们以杜长大杂交仔猪为对象,通过注射外源性ZnMT,测定肝脏与自由基有关的生化指标以及肝脏中SOD基因表达水平,从蛋白和基因水平探讨外源性ZnMT在应激状态下对抗氧化酶的影响.

细胞生物学 第十二章 细胞的信号转导

第十二章细胞的信号转导 信号转导:细胞之间联系的信号有许多种,由细胞分泌的、能够调节机体功能的生物活性物质是一类重要的化学信号分子,它们通过与细胞膜上或胞内的受体特异性结合,将信号转换后传给相应的胞内系统,使细胞对外界信号做出适当的反应,这一过程称为信号转导。 第一信使:细胞所接收的信号包括物理信号、化学信号等,其中最重要的是由细胞分泌的、能够调节机体功能的一大类生物活性物质,它们是细胞间通讯的信号,被称为“第一信使”。激素:由内分泌细胞合成,经血液或淋巴循环到达机体各部位靶细胞的化学信号分子,如胰岛素、甲状腺素等,作用特点是距离远、范围大、持续时间长。 神经递质:由神经元的突触前膜终端释放,作用于突触后膜上的特殊受体,如乙酰胆碱、去甲肾上腺素等,特点是作用时间短、作用距离短。 局部化学介质:由某些细胞产生并分泌的一大类生物活性物质,包括生长因子、前列腺素和一氧化氮等,它们通过细胞外液的介导作用于附近的靶细胞。 胞外信号分子可根据与受体结合后细胞所产生的效应不同,分为激动剂和拮抗剂。 激动剂:指与受体结合后能使细胞产生效应的物质。①Ⅰ型激动剂:与受体结合的部位与内源性配体相同,产生的细胞效应与内源性配体相当或更强者②Ⅱ型激动剂:与受体结合的部位不同于内源性配体,本身不能使细胞产生效应,但可增强内源性配体对细胞作用者拮抗剂:指与受体结合后不产生细胞效应,但可阻碍激动剂对细胞作用的物质。①Ⅰ型拮抗剂:结合于受体的部位与内源性配体相同,可阻断或减弱内源性配体对细胞的效应②Ⅱ型拮抗剂:结合于受体的部位与内源性配体不同,能阻断或减弱内源性配体对细胞的作用。 受体:是一类存在于胞膜或胞内的特殊蛋白质,能特异性识别并结合胞外信号分子,进而激活细胞内一系列生物化学反应,使细胞对外界刺激产生相应的效应。配体(ligand):与受体结合的生物活性物质统称为配体,包括激素、神经递质、生长因子、某些药物和毒物等。膜受体:主要为镶嵌在胞膜上糖蛋白,由与配体相互作用的细胞外域、将受体固定在细胞膜上的穿膜域和起传递信号作用的胞内域三部分构成,其配体是一些亲水的、不能直接穿过细胞膜脂质双分子层的肽类激素、生长因子和递质。 胞内受体:为DNA结合蛋白,可与来自胞外的亲脂性小分子甾类激素等结合,作为转录因子与DNA顺式作用元件结合,调节基因的表达。

基因和蛋白不一致的分析

这是我最近实验遇到的问题,拿出来请教一下各位 我的目的基因经real-time pcr 验证,在病灶区和非病灶区中,20多对样本,两两对照,最低的表达差异也要高出10倍。 但是我用western和组化研究蛋白时,发现表达几乎无差异。我在考虑可能是什么可能使得目的基因在mrna水平上变化如此之大(我认为这变化应该和我研究的疾病有关,可能是疾病的因,也可能是果,不然不会在疾病中表达差异这么明显这么一致,不知各位同意否),以便设计我下面的实验。 我想出来的可能性: 1、可能我的目的基因位于基因组拷贝数变化的一个区域内,可能是它相邻的基因在疾病中发挥了作用,但是我用real-time做过它相邻的基因,没有变化,因此我基本否认了这个猜测。 2、也可能是另一种蛋白高表达引起了这个疾病,而这个蛋白可能同时又调控我研究的目的基因的表达,不知这样的猜测应该如何设计实验进行验证比较好? 因为才疏学浅,只想到了这两种可能性,因为请问还有没有其他的可能性呢?望版上各位不吝赐教。 首先建议验证qPCR assay的重复性和可靠性。 2. 有无在mRNA水平由于alternative splicing而引起的两者水平不一致? 关于这个问题,要分开两步来分析。 第一,在mRNA水平,你用不同的样本、多次qPCR均有10倍以上的差异,相信你的结果是非常肯定的,这一结果不用怀疑; 第二,在蛋白质检测水平,你用免疫组化与western blot均证实该抗体的信号没有明显差异,个人觉得这个结果也应该比较肯定的; 但是,两者的不一致导致你的怀疑,难以解释。从mRNA到蛋白一般来说很少出现这样的差异,至于alternative splicing的可能,你可以认真检索一下该基因是否存在splicing而产生的多个transcriptor,而你的引物又刚好引起了这种差异。因为现在的引物设计软件是比较严谨的,这种原因可以分析出来。由于这个基因不是新的,所以很多信息都可以查到,这个问题很容易解决。 到于蛋白质的检测要受到抗体特异性的限制,你所使用的抗体是否是国际公认的大公司所生产的,有没有其它文章已经使用过并且证明特异性很好;能否找一个该基因明显变化的细胞模型,然后用qPCR与western检验一下该基因的变化。 还有一种非常低级、概率非常低的可能,就是你所买的抗体根本就不是你所

金属硫蛋白综述

金属硫蛋白(Metallothionein,MT) 综 述 报 告 王吉

目录 一、MT的主要生理功能…………………………………… (一)重金属的去除解毒功能………………………………… (二)自由基的清除功能……………………………………… (三)抗肿瘤功能……………………………………………… 二、金属硫蛋白提取工艺………………………………… (一)MT的诱导………………………………………………… (二)MT的提取与分离纯化…………………………………… (三)MT的检测方法…………………………………………… 三、MT的应用……………………………………………… 四、MT的研究展望…………………………………………

金属硫蛋白(Metallothionein,MT) ——综述报告 王吉 摘要:金属硫蛋白(metallothionein,MT)是一种广泛存在于生物界、低分子 量、高金属含量、功能独特的蛋白质。目前,对MT的研究已涉及农业、医药、生物 化学、分子生物学、环境科学、卫生毒理学、食品科学、营养学、保健科学和方法学 等领域,其特殊的理化性质与结构及独特的生物学功能在疾病的发生、发展、诊断及 发病机制探讨中显示了重要作用。 关键词:金属硫蛋白MT,医学,环保,动物养殖 前言:金属硫蛋白(metallothionein,MT) ,化学名为金属硫组氨酸三甲基 内盐,是一类广泛存在于生物中的低分子质量(2 ~7kD)、富含半胱氨酸(20%~30%)、 不含组氨酸和芳香族氨基酸的一类金属结合蛋白质。MT能被金属、细胞因子、荷尔蒙、 细胞毒性药物、有机化学药物和应激等诱导。自1957年Margoshoes等首次报道从马 肾中分离得到Cd-MT以来,MT成为基础和应用科学的热点之一,也是我国“863 ”重 大攻关课题和“火炬”计划之一,我国在MT 的研究和应用方面已经在国际上占有重 要一席。但目前,人们对金属硫蛋白在生物学上的功能的认识远远不够,还有待进一 步研究。临床实验证明,MT具有调节生物体内微量元素浓度以及对重金属的解毒作用, 此外它对激素、细胞代谢的调节,细胞分化和增殖的控制以及参与紫外(UV)诱导反应 和清除自由基都有重要作用。对MT的研究和开发利用涉及农业、医药、保健、生物 工程、环境保护等各个领域。到目前为止,已经在瑞士、日本、美国、中国等国家相 继召开了 5 次金属硫蛋白国际会议。 一、MT的主要生理功能 (一)重金属的去除解毒功能 目前,金属硫蛋白解毒机理尚不明确,可能通过这样3 个途径: 1.与重金属螯合成无活性的复合物; 2.螯合重金属,并将其排出体外; 3.减少金属的进入量。目前普遍让人接受的一种观点是还原条件下MT通过巯基与金属离 子结合再形成Cys-M 或Cys-M-Cys 键。 (二)自由基的清除功能 正常情况下,参与代谢的氧大多数与氢结合生成水,然而有一部分氧被酶催化形成超氧阴离子,后者又可以形成氧化氢,它们都属于自由基。自由基有很多种,如氧自由基和羟自由基。一般来说,动物体组织内自由基较少,其参与体内的重要有益的反应。但当机体处于病理或应激时,体内自由基产生过多,就使机体许多重要的生物大分子发生不可逆的氧化损伤,从而导致细胞结构和功能的破坏甚至导致细胞的突变。由于MT具有特殊的化学结构,

G蛋白功能

5.2 G蛋白偶联受体及信号转导 细胞质膜上最多,也是最重要的信号转导系统是由G-蛋白介导的信号转导。这种信号转导系统有两个重要的特点:①系统由三个部分组成:7次跨膜的受体、G蛋白和效应物(酶); ②产生第二信使。 5.2.1 G蛋白的结构与功能 G蛋白,即GTP结合蛋白(GTP binding protein),参与细胞的多种生命活动,如细胞通讯、核糖体与内质网的结合、小泡运输、微管组装、蛋白质合成等。 异源三体G蛋白(heterotrimeric G protein)的结构组成 G蛋白偶联系统中的G蛋白是由三个不同亚基组成的异源三体,三个亚基分别是α、β、γ, 总相对分子质量在100kDa左右。G蛋白有多种调节功能, 包括Gs和Gi对腺苷酸环化酶的激活和抑制、对cGMP磷酸二酯酶的活性调节、对磷酯酶C的调节、对细胞内Ca2+浓度的调节等,此外还参与门控离子通道的调节。 效应物G蛋白作用 腺苷酸环化酶Gs 激活酶活性Gi 抑制酶活性 K+离子通道Gi 打开离子通道 磷脂酶C Gp 激活酶活性 cGMP磷酸二脂酶Gt 激活酶活性 G蛋白循环(G protein cycle) 在G蛋白偶联信号转导系统中,G蛋白能够以两种不同的状态结合在细胞质膜上。一种是静息状态,即三体状态; 另一种是活性状态,G蛋白由非活性状态转变成活性状态,尔后又恢复到非活性状态的过程称为G蛋白循环(G protein cycle)。G蛋白的这种活性转变与三种蛋白相关联: ● GTPase激活蛋白(GTPase-activating protein,GAPs) ● 鸟苷交换因子(guanine nucleotide-exchange factors,GEFs) ● 鸟苷解离抑制蛋白(guanine nucleotide-dissociation inhibitors,GDIs) G蛋白与GDP结合时是非活性状态,如果无活性的G蛋白与GDI结合,则处于被抑制状态(无活性),如果G蛋白与GEF相互作用,将GDP换成了GTP,G蛋白则被激活,可启动下游反应。处于活性状态的G蛋白与GTPase激活蛋白(GAP)相互作用,会激活GTPase,使GTP水解成GDP,此时的G蛋白又恢复到无活性状态。 G蛋白的信号转导作用 在G蛋白偶联受体的信号转导中G蛋白起重要作用,它能够将受体接受的信号传递给效应物,产生第二信使,进行信号转导,某些G蛋白可直接控制离子通道的通透性。一个典型的例子是通过神经递质乙酰胆碱调节心肌收缩。

效应蛋白致病机理研究进展

第39卷第3期河南林业科技Vol.39No.3 2019年9月Journal of Henan Forestry Science and Technology Sep.2019 收稿日期:2019-08-20 基金项目:河南省科技创新杰出创新人才计划项目,项目编号:174200510001 作者简介:孙华乐(1991-),女,河南驻马店人,硕士研究生,研究方向林木生物技术。 *通信作者:翟晓巧(1971-),女,河南宜阳人,研究员,研究方向为森林培育。 效应蛋白致病机理研究进展 孙华乐1,林丹1,翟晓巧2* (1.河南农业大学泡桐研究所,郑州450002;2.河南省林业科学研究院,郑州450008) 摘要:在自然环境中,植物无时无刻不面临着病原菌的威胁,病原菌为了成功侵入植物,进化出一系列复杂的机制。效应蛋白在病原菌的感染过程中起着重要的作用,因此了解效应蛋白致病机理和研究进展,对提高植物抵抗病原菌侵染具有重要的理论意义与应用价值。重点阐述了细菌、真菌、卵菌、线虫、植原体等病原菌的效应蛋白致病机制,并对抗病过程中有待解决的问题进行讨论。 关键词:效应蛋白;致病机理;侵染 中图分类号:S432.1文献标志码:A文章编号:1003-2630(2019)03-0006-04 Advances in Pathogenic Mechanism of Effector Sun Huale1,Lin Dan1,Zhai Xiaoqiao2* (1.Institute of Paulownia,Henan Agricultural University,Zhengzhou450002,China; 2.Henan Academy of forestry,Zhengzhou450008,China) Abstract:In the natural environment,plants are facing the threat of pathogens all the time.Pathogens have evolved a series of complicated mechanisms for the purpose of successfully invading plants. Effectors play an important role in the pathogen’s infection process.Therefore,understanding the mechanism and research progress of effectors pathogenesis has important theoretical significance and application value for improving plant resistance to pathogen infection.In this paper,the causes and mechanisms of effector pathogenesis are reviewed.The mechanisms of effectors’pathogenicity of bacteria,fungi,oomycetes,nematodes and phytoplasmas are discussed,and we talk about the problems to be solved in the process of disease prevention. Key words:Effector;Pathogenesis mechanisms;Infection 在自然环境中,细菌、真菌、卵菌、线虫、植原体等病原菌都能侵染重要的经济作物,造成巨大的经济损失。虽然科研工作者不断尝试改良品种以提高植物的抗性,但是许多病害仍然存在。因此,研究病原菌和植物互作是亟待解决的问题。 植物在不断地遭受病原菌的攻击中已进化出了一套精细的防御系统免受病原菌侵染[1]。为成功侵染宿主植物,病原菌通过分泌效应蛋白与靶蛋白互作来抑制植物免疫。靶蛋白在细胞的位置不同,分子特性和生物功能也不相同,因此致病机理也不一样,本文概括了效应蛋白的致病策略,并分别对细菌、真菌、卵菌、线虫、植原体分泌的效应蛋白

第九章细胞信号转导习题及答案

细胞生物学章节习题-第九章 一、选择题 1、动物细胞内引起储存Ca2+释放的第二信使分子是( A )。 A. IP3 B. DAG C. cAMP D. cGMP 2、一氧化氮的受体是(B )。 A. G蛋白偶联受体 B. 鸟苷酸环化酶 C. 腺苷酸环化酶 D. 受体酪氨酸激酶 3、表皮生长因子(EGF)的穿膜信号转导是通过(A )实现的。 A. 活化酪氨酸激酶 B. 活化酪氨酸磷酸酶 C. cAMP调节途径 D. cGMP途径 4、有关cAMP信号通过,下列说法错误的是(B)。 A. 被激活的蛋白激酶A的催化亚基转为进入细胞核,使基因调控蛋白磷酸化 B. 结合GTP的α亚基具有活性,而βγ亚基复合物没有活性 C. βγ亚基复合物与游离的Gs的α亚基结合,可使Gs的α亚基失活 D. 这一通路的首要效应酶是腺苷酸环化酶,cAMP被环腺苷磷酸二酯酶消除 5、霍乱弧素引起急性腹泻是由于(A )。 A. G蛋白持续激活 B. G蛋白不能被激活 C. 受体封闭 D. 蛋白激酶PKC功能异常 E. 蛋白激酶PKA功能异常 6、G蛋白具有自我调节活性的功能,下列哪种说法可以解释G蛋白活性丧失的原因(A )。 A. α亚基的GTPase活性 B. 效应物的激活 C. 与受体结合 D. 亚基解离 7、胞内受体介导的信号转导途径对代谢调控的主要方式是下列哪种(A )? A. 特异基因的表达调节 B. 核糖体翻译速度的调节 C.蛋白降解的调节 D. 共价修饰调节 8、制备人类肝细胞匀浆液,然后通过离心技术分离细胞膜性成分和可溶性胞质。如在可溶胞质组分中加入肾上腺素,会发生下何种情况(D ) A. cAMP增加 B. 肾上腺素与其胞内受体结合 C. 腺苷环化酶的激活 D. cAMP浓度不变 9、1,4,5-三磷酸肌醇促进Ca2+从细胞那个部位释放进入细胞质(B ) A. 线粒体 B. 内质网 C. 质膜(从胞外到胞内) D. Ca2+-CaM复合体细胞 10、与视觉信号转导有关的第二信使分子是下列哪种成分(D )。 A. 花生四烯酸 B. cAMP C. Ca2+ D. cGMP 二、填空题 1、Ras蛋白在RTKs介导的信号通路中起着关键作用,具有GTPase活性,当结合GTP 时为活化状态,当结合GDP 时为失活状态。GAP增强Ras的失活。 2、介导细胞信号传递的受体分为细胞内受体、离子通道偶联受体、酶连接的受体和G蛋白偶联受体。 3、细胞分泌信号的作用方式分为:自分泌、内分泌、旁分泌;通过化学突出传递申请信号。 4、细胞表面受体丝氨酸/苏氨酸激酶是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶次跨膜蛋白受体,受体胞内区具有活性,它的主要配体是转化生长因子β家族成员 三、判断题 1、NO作为信号分子,它能使细胞内的cAMP水平升高。(x ) 2、Ca2+是细胞内广泛存在的信使,细胞质中游离的Ca2+浓度比胞外高。(x ) 3、细胞外信号都是通过细胞表面受体来进行跨膜信号传递的。(x ) 4、Ras蛋白被SOS激活后,可激活其下游的MEK激酶,再通过激活MEK激酶将Raf激酶

基因蛋白表达检测步骤

Western blot法测定蛋白表达 1 样品制备 称取100mg组织置于裂解液中充分匀浆,裂解液于4℃、12000rp m离心5min,取上清液。 2 定蛋白 利用BCA蛋白浓度测定试剂盒测定上清液中蛋白含量,将每个样品的蛋白浓度调至相同。上清液与5×SDS上样缓冲液按5:1(v:v)混合后,沸水浴中加热5min,离心取上清。 3 蛋白质上样及电泳 每个样品取20μL上清液上样(蛋白总量约50μg),于20%SDS-PAGE电泳分离。样品首先在80V恒定电压下电泳。当染料显示样品接近分离胶顶端时,调节恒定电压为110V继续电泳至溴酚蓝到达分离胶底部。 4 蛋白质转膜 电泳完毕后,卸下玻璃板并取出凝胶。遵循凝胶在负极,膜在正极的原则,按阴极–吸水纸–滤纸–凝胶–硝酸纤维素膜(NC)膜–滤纸–吸水纸–阳极的顺序将凝胶装配于转移装置上。200mA恒定电流条件下,4℃转移1h以上。转移完毕后,剪角标记NC膜,用1×丽春红染液染色以观察转膜效果。用TBS/T洗膜3次,每次5min。 5 封闭 用5%脱脂奶粉溶液封闭膜上的非特异位点,于4℃孵育过夜。 1.2.3.6 一抗孵育 加入一级抗体(工作浓度1:1000),4℃孵育过夜,使抗原抗体结合。一抗孵育结束后,用TBS/T洗膜3次,每次5min。 7 二抗孵育 加入HRP标记的二级抗体(工作浓度1:5000),室温孵育1h,以结合一级抗体。孵育结束后用TBS/T洗膜3次,每次5min。

8 ECL化学发光检测 按ECL试剂盒说明书方法曝光底片,显影、定影后保存胶片。 9 图像扫描及分析 将显影后所得条带扫描并保存为电脑文件,用Image J 图像分析软件对条带的灰度值进行分析。关键控制基因蛋白表达量以目的条带的灰度值与内参条带的比值代表目的蛋白的相对表达水平。

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