启动子DNA甲基化和组蛋白乙酰化对胃癌中PDX1表达的影响_马娟

启动子DNA甲基化和组蛋白乙酰化对胃癌中PDX1表达的影响_马娟
启动子DNA甲基化和组蛋白乙酰化对胃癌中PDX1表达的影响_马娟

第37卷第2期2016年3月中山大学学报(医学科学版)JOURNAL OF SUN YAT-SEN UNIVERSITY (MEDICAL SCIENCES )

Vol.37No.2Mar.

2016

收稿日期:2015-10-16

基金项目:国家自然科学基金(81001112);广州市科技局珠江科技新星项目(2012J2200019);广东省医学科研基金(A2014021)

作者简介:马娟,医学博士,副主任医师,研究方向:消化道肿瘤的临床及基础研究,E-mail :majuanhku@hotmail.com ;刘庆华,通信作者,

医学博士,副教授,E-mail :mjlqh@163.com

启动子DNA 甲基化和组蛋白乙酰化对胃癌中PDX1

表达的影响

娟1,余莲英1,廖山婴1,王蓓蓓1,徐丽姝1,沙卫红1,王启仪1,刘庆华

2

(1.广东省人民医院//广东省医学科学院//广东省老年医学研究所消化科,广东广州510080;2.中山大学附属第一医院肾

内科,广东广州510080)

要:

【目的】已知胃癌中PDX1表达下调,本研究旨在探讨DNA 甲基化和组蛋白乙酰化修饰对PDX1基因表达的

调控。【方法】免疫组化法检测胃癌组织芯片中PDX1、Dnmt1和HDAC 的表达,分析其相关性。5’-aza-dC 和TSA 处理胃癌细胞,RT-PCR 检测PDX1mRNA 水平,分析DNA 去甲基化和组蛋白乙酰化对PDX1表达的影响;构建6个PDX1启动子片段至pGL3载体,检测转录活性,分析去甲基化和乙酰化对PDX1启动子转录活性的影响。MSP 和BSP 评估PDX1启动子

DNA 甲基化状态以及启动子活性受5’-aza-dC 和SssI 的影响;ChIP 评估PDX1启动子组蛋白乙酰化状态以及启动子活性受TSA 的影响。【结果】免疫组化结果显示与正常组织对比,胃癌组织中的PDX1表达下调,Dnmt1和HDAC 表达上调,PDX1和Dnmt1及HDAC 的表达负相关(P <0.05);5’-aza-dC 和TSA 使PDX1在胃癌细胞中重获表达;F383是PDX1启动子核心,5’-aza-dC 和TSA 增强F383转录活性,SssI 抑制F383转录活性;MSP 结果显示F383在胃癌细胞中呈完全甲基化;BSP 结果显

示与对照比较,位于F383区域内17个CpG 位点中80%以上呈现甲基化。ChIP 分析结果提示F383呈组蛋白H3和H4低乙酰化。【结论】PDX1基因在胃癌中表达沉默与启动子DNA 高甲基化和组蛋白低乙酰化有关。

关键词:胃癌;PDX1;DNA 甲基化;组蛋白乙酰化中图分类号:R73

文献标志码:A

文章编号:1672-3554(2016)02-0175-08

DNA Methylation and Histone Acetylation of the Promoter Regulate PDX1Expression in

Gastric Cancer

MA Juan 1,YU Lian-ying 1,LIAO Shan-ying 1,WANG Bei-bei 1,XU Li-shu 1,SHA Wei-hong 1,

WANG Qi-yi 1,LIU Qing-hua 2

(1.Department of Gastroenterology and Hepatology ,Guangdong General Hospital //Guangdong Academy of Medical Sciences //

Guangdong Institute of Geriatrics ,Guangzhou 510080,China ;2.Department of Nephrology ,The First Affiliated Hospital ,Sun Yat-sen University ,Guangzhou 510080,China )

Corresponding to :LIU Qing-hua ,E-mail :mjlqh@163.com

Abstract :【Objective 】The expression of pancreatic-duodenal homeobox 1(PDX1)is aberrantly reduced in gastric cancer.This study aimed to determine the regulation of DNA methylation and histone acetylation on the expression of PDX1in gastric cancer.

【Methods 】The expression of PDX1,Dnmt1and HDAC was detected in human gastric cancer tissue chips by immunohistochemistry ,

and its correlations were analyzed.PDX1expression in response to demethylation (5’-aza-dC )and acetylation (TSA )was assessed in human gastric cancer cells by reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR ).Six PDX1promoter fragments were cloned into pGL3vector and the transcription activity of promoters in response to demethylation and acetylation was detected by dual luciferase assay.In gastric cancer cell lines ,promoter DNA methylation was evaluated by methylation-specific PCR (MSP )and bisulfite DNA sequencing PCR (BSP )while histone acetylation was detected by chromatin immunoprecipitation (ChIP )assay.

【Results 】Compared to gastric normal tissues ,the expression of PDX1protein was weak but the expression of Dnmt1and HDAC was

DOI:10.13471/https://www.360docs.net/doc/603034163.html,ki.j.sun.yat-sen.univ(med.sci).2016.0032

中山大学学报(医学科学版)第37卷

PDX1即胰十二指肠同源异型基因1(pancreatic duodenal homeobox1),与胚胎发育和消化道分化有关[1-2]。我们前期研究报道PDX1在胃癌中低表达,是潜在的抑癌基因[3-4],启动子甲基化与PDX1转录表达有关[5],故推测PDX1表达调控与表观遗传学修饰有关。为此,本研究检测胃癌组织芯片中PDX1、DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase,DNMT)和组蛋白去乙酰基酶(histone deacetylase,HDAC)的表达,分析其相关性;使用DNMT抑制剂5-杂氮-2'-脱氧胞苷(5’-aza-dC)和HDAC抑制剂制霉菌素A(TSA)处理胃癌细胞,检测PDX1启动子活性;评估胃癌细胞中PDX1启动子DNA甲基化和组蛋白乙酰化状态。

1材料与方法

1.1实验对象

购买三张相同的胃癌和正常组织组合微阵列芯片,每张芯片有217例/217点,包括172例腺癌、12例黏液腺癌、5例未分化癌、6例印戒细胞癌、3例类癌、1例鳞癌,9例恶性间质瘤和8例正常胃组织,每例一点。3株人胃癌细胞AGS、SGC7901和TMK1,培养于含100mL/L胎牛血清、100μg/mL青霉素、100μg/mL链霉素的RPMI-1640培养液中,37℃、体积分数5%CO2恒温孵育箱中常规培养和传代。

1.2免疫组化

组织芯片常规脱蜡、修复抗原,一抗PDX1(1:300)、Dnmt1(1∶200)、HDAC(1∶200)(Santa-Cruz)孵育、二抗(羊抗兔,1∶100,DaKo)室温下孵育1 h。最后3,3’-二氨基联苯胺(DAB)显色、苏木素复染、中性树脂封片。根据病理切片染色深度及染色面积共同评估,予以评分[4]。

1.3RT-PCR

Trizol试剂提取细胞总RNA,取1μg RNA样品使用试剂盒(ThermoScriptTM RT-PCR System,Invitrogen)逆转录合成cDNA。以cDNA为模板,行聚合酶链反应。PDX1引物序列为:5’-CGGAAGAAAAAGAGCCATTG-3’(Forward)和5’-GCCAGAGGAAGAGGAG GACT-3’(Reverse),扩增产物354bp;GAPDH引物序列为:5’-GACCACAGTCCATGCCATCAC-3’(Forward)和5’-GTCCACCACC CTGTTGC TGTA-3’(Reverse),扩增产物454bp[4]。

1.4启动子活性检测

构建PDX1启动子报告基因,瞬时转染24h,加入5’-aza-dC或/和TSA于细胞培养液中,继续培养24h后收集细胞,按Dual-Luciferase reporter system(Promega)操作步骤,检测荧光素酶/Renilla 活性相对比值。空质粒pGL3作为对照。详见以往研究[5-6]。

1.5甲基化特异性PCR

收集胃癌细胞,提取基因组DNA,进行亚硫酸钠修饰。使用甲基化和非甲基化引物,以亚硫酸盐修饰的基因组DNA为模板,进行聚合酶联反应。根据电泳显示的不同条带判断甲基化状态[5]。1.6亚硫酸盐测序法

设计针对启动子CpG位点的特异性BSP引物,以亚硫酸盐修饰后的基因组DNA为模板,经过95℃预变性20min,然后94℃30s,52℃30s,72℃45s,共40个循环,72℃最后延伸10min,得到PCR扩增产物。纯化PCR产物并将其插入至pGEM-T4载体(Promega)中,分别挑选10个阳性克隆测序,确定CpG位点的甲基化率。

1.7染色体免疫共沉淀(ChIP)

收集2×106个TMK1细胞,按照ChIP试剂盒(Upstate Biotechnologies,Charlottesville,VA)说明书操作,使用一抗acetyl-histone H3(lys9and 14),acetyl-histone H4(lys5,8,12and16)(Upstate Biotechnology)或rabbit IgG(Santa Cruz)

upregulated.Our results also showed that PDX1is negatively correlated with Dnmt1and HDAC.PDX1expression was restored by5’-aza-dC and by TSA in gastric cancer cells.F383(-22063~-21681nt)wihich displayed significant promoter transcript activity,which was increased by5’-aza-dC and TSA but decreased by SssI methylase.F383was completely methylated in gastric cancer cells by MSP and more than80%of17single CpG sites located at F383were methylated compared with gastric normal tissues by BSP(P<0.01).F383had also lower acetylation level of histone H3and H4in gastric cancer cells by ChIP assay.【Conclusion】PDX1silencing was resulted by promoter hyper-methylation and histone hypo-acetylation in gastric cancer.

Key words:gastric cancer;PDX1;DNA methylation;histone acetylation

[J SUN Yat-sen Univ(Med Sci),2016,37(2):175-182]176

第2期

孵育,进行real-time RT–PCR定量分析,评估组蛋白乙酰化水平。IgG作为阴性对照。

1.8统计学方法

计数资料用均数±标准差表示,采用配对t 检验;等级资料采用Spearman等级相关分析。P<0.05被认为有统计学意义。

2结果

2.1PDX1、DNMT和HDAC在胃癌组织中的表达及相关性分析

免疫组化结果显示PDX1正常表达于胃黏膜腺体细胞的胞核和胞浆,以胞核为主(图1A&D)。PDX1在8例正常对照中表达水平为2.75±0.16,包括2例++、6例+++,阳性率100%;PDX1在202例胃癌组织中表达微弱(图1G&J),表达水平约为1.47±0.07,包括31例阴性、82例+、52例++、37例+++,阳性率84.65%。两组半定量分析比较有显著性差异(t=3.736,P<0.001;图1M)。

DNMT在正常胃黏膜组织中表达微弱(图1B &E),约0.25±0.16,包括6例阴性、2例+;DNMT 高表达于胃癌细胞的胞核和胞浆,以胞核为主(图1H&K),表达水平为0.99±0.05,包括53例阴性、107例+、34例++、8例+++。两组比较有显著性差异(t=-2.68,P=0.008;图1M)。

同样,HDAC在正常胃黏膜组织中表达微弱(图1C&F),表达水平为0.50±0.33,包括6例阴性、2例++;HDAC在癌组织中的表达增强,癌细胞的胞核和胞浆中均见HDAC表达,以胞核为主(图1I&L),表达水平为1.40±0.07,包括29例阴性、96例+、45例++、32例+++;两组比较有统计学意义(t=-2.70,P=0.008;图1M)。

进一步分析PDX1与HDAC及Dnmt1的相关性,Spearman等级比较结果显示胃癌组织芯片中PDX1的表达与Dnmt1(r=0.723,P=0.043)和HDAC表达均呈负相关(r=0.849,P=0.008;图1 N&O)。

2.2PDX1表达受DNA去甲基化和组蛋白乙酰化调节

培养AGS、SGC7901、TMK1细胞,在培养液中加入终浓度为5μmol/L的5-杂氮-2'-脱氧胞苷(5’-aza-dC)或终浓度为0.5μmol/L的制霉菌素A(TSA),24h后收集细胞,RT-PCR检测PDX1mRNA水平。结果显示PDX1在胃癌细胞中表达微弱,5’-aza-dC和TSA均可使PDX1mRNA表达水平上调(图2A-B)。

培养SGC7901细胞,取5’-aza-dC(5、10、20μmol/L)或TSA(0.5、1μmol/L)单独或联合加入培养液中,24h后收集细胞,RT-PCR检测PDX1表达。结果显示单独加入5’-aza-dC或TSA均可使PDX1mRNA表达重获,且随着5’-aza-dC或TSA剂量增加PDX1表达升高(图2C-D);两者合用时PDX1的表达较单独使用5’-aza-dC或TSA 进一步增加,提示DNA甲基化与组蛋白乙酰化修饰对PDX1基因表达有协同作用(图2E)。

2.3PDX1启动子活性受DNA甲基化和组蛋白乙酰化调节

如前期研究[6],针对PDX1基因5’端-2500nt -+500nt区域的6个CpG岛,构建分别含有一个CpG岛的报告基因F345、F297、F383、F314、F283和F724(图3A),瞬时转染胃癌细胞,使用启动子检测试剂盒检测各片段的转录活性,以筛选PDX1启动子。结果显示AGS、TMK1和KATOIII细胞中F383转录活性最强,是空质粒pGL3的10.12±0.21、9.73±0.73、11.31±0.34倍;F345和F297启动子活性也有一定升高,F345转录活性是pGL3的5.23±0.23、5.90±0.46、3.79±0.84倍,F297转录活性是pGL3的5.03±0.12、3.64±0.42、2.51±0.22倍(图3B)。

培养TMK1细胞,加入5'-aza-dC或转染SssI 处理后的报告基因,检测转录活性。与pGL3比较,F345、F297、F383的转录活性增加了6-14倍,5'-aza-dC使其进一步升高,SssI则抑制了其转录活性(图3C)。结果提示F383是PDX1启动子核心区域,其转录活性受DNA甲基化直接调节。

培养AGS和KATOIII,加入TSA处理24h,检测F383的转录活性。结果显示与TSA处理前比较,TSA处理后的F383转录活性在KATOIII细胞中显著升高约6.48倍(t=-9.148,P=0.01),在AGS 细胞轻微升高约1.34倍(t=-4.246,P=0.05;图3D&E)。这提示F383受到组蛋白乙酰化的调节,AGS和KATOIII结果不同反映出不同细胞株对TSA的敏感性不同。

2.4PDX1启动子在胃癌细胞中呈DNA高甲基化和组蛋白低乙酰化

培养AGS、SGC7901和TMK1细胞,采取MSP

马娟,等.启动子DNA甲基化和组蛋白乙酰化对胃癌中PDX1表达的影响177

中山大学学报(医学科学版)

第37卷

A B C

PDX1

Dnmt1

HDAC

G a s t r i c C a n c e r

N o r m a l C o n t r o l

D E F

G H I

J K L

M N O

A-L :The expression of PDX1,Dnmt1and HDAC were investigated in gastric cancer tissue chips by IHC (×200).Three same tissue chips were used for detection of PDX1,Dnmt1and HDAC proteins.Each chip contains 217cases including 172adenocarcinoma ,12mucinous adenocarcinoma ,5undifferentiated carcinoma ,6signet-ring cell carcinoma ,3carcinoid ,1squamous carcinoma ,9malignant interstitialoma and 8normal stomach tissue.M :Semi-quantitative comparison of PDX1,Dnmt1and HDAC in gastric cancer.Gastric normal tissues were used as control.PDX1protein was positive in cell nuclear and cytoplasm of gastric normal gland cells while it was weak or absent in gastric cancer (P <0.001).Reversely ,Dnmtl (P <0.01)and HDAC (P <0.05)was strong in astric cancer but decreased in normal control.(vs control ,1)P <0.05,2)P <0.01,3)P <0.001).N &O :The expression of PDX1was negative correlated with Dnmt1(P <0.05)and HDAC respectively by Spearman correlation analysis (P <0.01).

图1

PDX1、Dnmt1和HDAC 在胃癌组织中的表达相关性

Fig.1

The expression and association of PDX1,Dnmt1and HDAC in gastric cancer

178

第2期

和BSP 检测PDX1启动子DNA 甲基化情况。MSP 结果显示F383在3株胃癌细胞中均呈完全甲基化,表明PDX1启动子普遍存在DNA 甲基化(图

4B )。进一步选取F383片段的17个CpG 位点(图4A ),BSP 评估这些位点甲基化情况。结果显示正

常胃黏膜组织中F383相对应的17个CpG 位点甲基化率为1.94%±1.2%,三株细胞中F383的CpG 位点甲基化率显著升高,分别为82.35%±5.9%、

97.1%±1.9%、81.8%±2.8%(P 皆<0.01;图4C )。

收集TMK1细胞,ChIP 法检测乙酰化组蛋白

H3(Acetyl-H3)和乙酰化组蛋白H4(Acetyl-H4)

结合的F383DNA 的相对值,评估F383组蛋白乙酰化水平。结果,与Input IgG 比较,F345、F297、

F314、F283和F724结合的Acetyl-H3和Acetyl-H4水平近似于Input IgG (图4D ),提示F383的转

录活性与组蛋白乙酰化的低水平有关。

3

讨论

Pdx1是Homeobox 家族的转录因子,选择性表

达于胰腺、十二指肠及胃幽门腺体,一旦PDX1发生缺陷,这些部位就难以正常发育[1,7-9]。PDX1在幽门螺杆菌感染或伴有肠化生的胃黏膜中表达下调[10],在胃癌组织中表达也降低,且与临床TNM 分期相关[3-4],提示PDX1表达在胃粘膜的癌变多阶段过程中逐步出现。基因组水平的表观遗传修饰可能参与其中。本文探讨了DNA 甲基化和组蛋白乙酰化修饰对PDX1转录活性的调节作用。结果表明PDX1基因5’端-2063~-1681nt 的功能性片段F383具有最强启动子活性,存在着DNA 高甲基化和组蛋白低乙酰化,抑制了PDX1转录活性,调控着胃癌细胞中PDX1的表达。

Three gastric cancer cell lines including AGS ,SCG7901and TMK1were used for detection of PDX1expression with 5′-aza-dC and /or TSA treatment by RT-PCR.A :After 5′-aza-dC (5μmol /L )treatment ,PDX1mRNA level was increased as 3-12folds.B :After TSA (0.5μmol /L )treatment ,PDX1mRNA level was increased as 2-8folds.C :After 5′-aza-dC treatment with 0,5,10and 20μmol /L ,PDX1mRNA level was gradually increased.D :After TSA treatment with 0,0.5and 1.0μmol /L ,PDX1mRNA level was also gradually increased.E :With combination of 5′-aza-dC and TSA treatment ,PDX1expression level was higher than single 5′-aza-dC or TSA treatment.

图2DNA 去甲基化和组蛋白乙酰化使胃癌细胞中PDX1重获表达

Fig.2The expression of PDX1was retrieved by DNA demethylation and histone acetylation

D E

A B C

马娟,等.启动子DNA 甲基化和组蛋白乙酰化对胃癌中PDX1表达的影响

179

中山大学学报(医学科学版)第37卷

PDX1特异性的表达由5’侧翼端保守的

启动子区域调控,即-2852~-2547nt (AreaI )、

-2247~-2071nt (AreaII )和-1973~-1694nt

(Area III )[11-12]。AreaI 和AreaII 介导内分泌腺细胞表达[11],形成复合体调节Pdx1表达[13]。AreaIII 可与Ptf1a 结合介导小鼠胚胎早期胰腺β细胞的

pdx1瞬时表达[14]。我们的前期研究针对PDX1上

游-2500nt ~+500nt 区域内的6个CpG 岛,构建不同报告基因,证实位于AreaIII 的报告基因片段

F383具有最强的启动子活性

[6]

。本文培养AGS 、

TMK1、KATOIII 细胞,转染PDX1报告基因,结果

仍然显示F383启动子活性最强,支持前期研究[6]。

表观遗传学修饰主要包括DNA 甲基化和组蛋白修饰。DNMT 和HDAC 是DNA 甲基化和组蛋白乙酰化修饰过程中调控基因表达的关键酶[15]。胃癌中某些抑癌基因启动子存在DNA 甲基化或组蛋白乙酰化修饰[16]。本研究检测到胃癌组织中

DNMT 和HDAC 表达上调,PDX1表达下调,与DNMT 和HDAC 负相关;在胃癌细胞中PDX1受5’-aza-dC 和TSA 作用恢复表达,有一定的剂量

依赖性,而且5’-aza-dC 和TSA 联合作用可使

PDX1表达进一步升高,反映了两者的协同作用。

这支持了以往的研究[17-19]。Gu 报道DNMT 和

HDAC 在卵巢癌中表达上调[17]。Cameron 报道DNA 甲基化抑制剂使结肠癌细胞中目的基因表达

轻度上调,合用HDAC 抑制剂则显著增强基因表达水平[18]。Capobianco 等[19]报道合用5’-aza-dC 和HDAC 抑制剂治疗多重耐药的骨肉瘤细胞的效果优于单独用药。这些研究结果表明组蛋白去乙酰化和DNA 高甲基化共存于基因失活的过程中。此外组蛋白甲基化修饰也可能参与其中,有研究已证实胃癌中组蛋白甲基化修饰调节抑癌基因的表达[17,20]。PDX1启动子是否存在组蛋白甲基化,尚需进一步研究。

抑癌基因启动子DNA 甲基化在肿瘤细胞中是普遍现象[15]。Homeobox 基因如aristaless-like

homeobox-4[21]、CDX1[22]和CDX2[23]启动子高甲基

化与其在结直肠癌和食管鳞癌中异常表达有关。本研究使用5’-aza-dC 或泛甲基化酶SssI 处理后

TMK1细胞,F383的启动子活性升高或降低;同时MSP 和BSP 显示胃癌细胞中F383呈DNA 高甲基

化,结合前期研究评估PDX1启动子在胃癌组织中也呈DNA 高甲基化[5],提示着F383包含的CpG 岛是转录功能区,其DNA 高甲基化抑制了PDX1转录活性,使PDX1在胃癌中的表达降低,支持以往研究[22-23],为homeobox 基因DNA 甲基化与肿瘤

A :Schematic of PDX15′flank promoter region (-2500nt ~+500nt )containing six CpG islands.Six PDX1promoter fragments including F345,F297,F383,F314,F283and F724were constructed in pGL3vector.

B :After transient transfection of PDX1reporter fragments in AGS ,TMK1and KATOIII cells ,the transcription activity of six fragments were detected by dual luciferase assay.Compared to empty vector pGL3,the transcription activity of F383was strongest with the folds as 10.11±0.21,9.73±0.73,11.31±0.34.

C :The transcription activity of F383was slightly increased with 5′-aza-dC treatment but obviously decreased with SssI treatment (P <0.05).The transcription activity of F345and F297also changed to 5′-aza-dC or SssI treatment.It implied function of 5′-aza-dC and SssI were general for DNA methylation.

D &

E :With TSA treatment ,the transcription activity of F383were increased as 1.34folds in AGS (P =0.05)and 6.48folds in KATOIII cells (P =0.01).

图3DNA 甲基化和组蛋白乙酰化影响胃癌细胞PDX1基因启动子活性

Fig.3DNA methylation and histone acetylation affected transcription activity of PDX1in gastric cancer cells

A

B

C

E

D 180

第2期

相关增添了证据。

组蛋白乙酰化/去乙酰化修饰主要通过组蛋白乙酰基转移酶(HAT )和组蛋白去乙酰基酶(HDAC )协调作用来调控基因的转录表达。启动子组蛋白H3和H4赖氨酸(包括K5、K8、K9、K12、

K16)乙酰化的缺失,与抑癌基因转录失活继而促

进癌症发生有关[15]。宫内发育迟缓的胎鼠中,出现

HDAC 聚集和组蛋白H3和H4去乙酰化,导致USF-1无法结合Pdx1启动子。待小鼠出生后,出

现组蛋白H3赖氨酸4(H3K4)去甲基化和组蛋白

H3赖氨酸9(H3K9)甲基化,提示HDAC 可能逆

转小鼠pdx1表观遗传改变、影响pdx1表达

[24]

。本

研究结果显示F383的组蛋白乙酰化水平低,TSA 可使其启动子活性显著升高,提示启动子组蛋白低乙酰化影响了PDX1转录活性,这支持了以往的研究[24]。

总之,本文证实,F383是PDX1启动子核心区

域,F383的DNA 高甲基化和组蛋白低乙酰化抑制了PDX1的转录表达,导致PDX1表达下调。将来有望在动物体内改变PDX1启动子甲基化和组蛋白乙酰化,使PDX1在胃癌中再表达,评估治疗效果。

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[1]

[2]

[3]

A :Schematic of 17CpG sites at F383by BSP analysis.

B :F383was full methylated in AGS ,SGC7901and TMK1cells by MSP analysis.

C :More than 80%of DNA methylation for 17CpG sites of F383in AGS ,SGC7901and TMK1cells were detected (vs normal control ,1)P <0.01).

D :The acetylation level of histone H3and histone H4of F383had no change but that of the other four fragments was higher than IgG.

图4F383在胃癌细胞中的DNA 甲基化和组蛋白乙酰化状态

Fig.4DNA methylation and histone acetylation status of F383in gastric cancer cells

A

B

C D

马娟,等.启动子DNA 甲基化和组蛋白乙酰化对胃癌中PDX1表达的影响

181

中山大学学报(医学科学版)第37卷

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[12][13]182

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

基因工程的应用和蛋白质工程

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【课 题】专题一——基因工程——第 1.3 基因工程的应用第 1。4 蛋白质工程的崛起
【教学目标】1.举例说出基因工程应用及取得的丰硕成果。 2.关注基因工程的进展。 3.认
同基因工程的应用促进生产力的提高。 4.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。 5.简述蛋白质
工程的原理。 6.尝试运用逆向思维分析和解决问题。
【教学流程】
一、知识预习:
1、植物基因工程技术主要用于提高农作物的
(如




等),以及

利用植物生产
等方面。
2、目前防治作物虫害的发展趋势是从某些生物中分离出
,将其导

中,使其具有
。用于杀虫的基因主要是



等。
3、引起植物生病的微生物称为
,主要有


等。抗病转基因植物所采用的基因,使用最多的是

;抗真菌转基因植物中可使用的基因有


4、目前科学家利用一些可以调节
的基因,来提高农作物的抗盐碱和
能力;将鱼的
导入烟草和番茄,提高其耐寒能力;将
导入
作物,使作物抗除草剂。
5、利用转基因技术可以提高生物中的
的含量、延长贮存时间、改变花色等,
从而提高作物品质。
6、动物基因工程可用于




7、基因工程药物包括




等。
8、治疗遗传病的最有效手段是
,这种方法是把
导入病人体
内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到
的目的,可分为

两条途径。
9、基因工程的实质是将一种生物的
转移到另一种生物体内,使后者产生本不能
产生的
,进而表现出
。其缺点是在原则上只能生产
,而天然蛋白质的
符合
的需要,
却不一定完全符合
的需要。
10、蛋白质工程是指以蛋白质分子的
及其与
的关系作为基
础,通过

,对
进行改造,或制造
,以满足
的需求。
11、蛋白质工程的途径是:预测蛋白质功能→设计预期的
→推测应有的
→找到相对应的

12、蛋白质工程具有
的前景,但

-1

胃癌的多种相关基因

胃癌的多种相关基因 研究发现胃癌与基因有些密切的关系,胃癌患者体内的某些特定基因与正常人的基因出现了不同的变化,★西安国医肿瘤医院★分析认为这些基因可能是导致胃癌的真正元凶。 核黏蛋白是胃黏液的主要组成成分,可由多种上皮细胞合成,直接或以膜包颗粒的形式分泌至细胞外,主要起保护细胞,参与细胞间黏附和免疫识别的作用。目前,已成功分离并鉴定出12种编码人类核黏蛋白的基因(MUC1、MUC2、MUC3、MUC4、MUC5AC、MUC5B、MUC6-8、MUC11-12、MUC13)。Ho 检测正常、肠化生及胃癌的胃黏膜细胞黏蛋白基因表达情况,发现正常胃黏膜表达MUC1、MUC5、MUC6黏蛋白,肠化生胃黏膜表达MUC2和MUC3黏蛋白,而胃癌组织中则有MUC3、MUC4黏蛋白基因的高表达和MUC5、MUC6的低表达。提示胃黏膜癌变过程中黏蛋白基因的表达变化,可作为一项监测胃黏膜病变发展的指标。 研究人员检测了MUC1基因核心蛋白的表达,结果为正常胃黏膜均有MUC1基因的表达(100%),而肠化生为75.9%,胃癌为63.0%,这些结果可能预示MUC1基因在人胃黏膜向肠化生病变、胃癌的演进中的表达率是减少的。MUC6基因的检测表明,正常胃黏膜(100%),而肠化生(138%),异型增生(70%),胃癌为(7%),可能提示MUC6基因在胃黏膜的癌变过程中是下调衷达的,尤其是在肠化生和胃癌组织中更明显。 应用免疫组织化学sP法对正常胃黏膜、肠化生、不典型增生、囊性扩张黏膜以及胃癌组织中MUC5AC核黏蛋白的表达进行检测发现,正常胃黏膜的浅表1/3范围内广泛分布MUC5AC核黏蛋白(100%),而肠上皮化生、不典型增生、囊性扩张黏膜和胃癌组织中的阳性率分别为29.6%、100%、83.3%、40.0%,这一结果提示MUC5AC基因在胃黏膜的癌变过程中(正常胃黏膜—肠上皮化生—异型增生—胃癌)是下调表达的,正常黏蛋白基因表达的大量丢失,与胃癌发生可能相关,至少提示胃癌的恶变过程中涉及黏蛋白的基因的分子改变。总之,在胃癌的发生发展过程中,MUC基因表达异常有三种,第一种为正常核黏蛋白基因表达的丧失,第二种为某些核黏蛋白基因表达的异常增强,第三种为表达了在相应正常胃黏膜中不表达的核黏蛋白基因。

胃癌细胞凋亡相关基因

胃癌细胞凋亡基因 西安国医肿瘤医院研究人员通过大量的研究分析发现,胃癌细胞凋亡是有相关基因控制的,目前发现的有以下三个基因:bcl-2基因、Bax和Fas/FasL。下面来详细介绍: 1.bcl-2基因 bcl-2基因编码26kD的膜蛋白,是第一个被确认有抑制凋亡作用的基因。bcl-2基因激活、过表达可抑制细胞凋亡,从而使细胞增殖和凋亡不平衡,而且会使具有遗传改变又得不到修复的细胞免于死亡而进入细胞循环,多种遗传成分改变可导致肿瘤的发生。因此,bcl-2在肿瘤发生发展中起着重要的作用。 乳腺癌中,高表达的Bcl-2与乳腺癌细胞凋亡指数呈负相关,而且与有丝分裂指数呈正相关,提示在细胞增殖活跃期,Hcl-2阳性细胞凋亡减少,即Bcl-2过表达影响了细胞凋亡。Nakamum检测了肠型胃癌、胃腺瘤、肠化生及非化生胃黏膜,发现在肠化生中Bcl-2蛋白表达量最高(77.1%),胃腺瘤(37.5%)和肠型胃癌(10.8%)中较低。 因而认为,Bcl-2蛋白的过表达主要是在胃癌的早期阶段起作用,使转化细胞逃避凋亡,以进一步积累其他基因的异常。Lauwers采用单克隆抗体124检测正常、伴有肠化生的萎缩性胃炎及异型增生胃黏膜,发现正常胃黏膜仅在胃小凹与腺体交接处增生的干细胞中有Bcl-2蛋白的微表达,而在肠化生黏膜的过增生区域及胃小凹表面分化不良的细胞中均可检测到Bcl-2,这些分化不良的细胞正是胃癌癌前病变的一个特征。 因此推测,胃黏膜受损后增生加快,导致一些分化不良的细胞出现,这些分化不良的细胞又因Bcl-2蛋白的过表达而逃避凋亡,呈现生长优势,细胞寿命延长,基因变异积累的机会增加,为进一步向恶性细胞转化提供了条件。 2.Bax Bax是第一个被分离到的Bcl-2家族成员之一,与Bcl-2的同源区主要集中在BH1和BH2区。Bax的功能与Bcl-2相对,可促进细胞的凋亡。Bax与Bcl-2在体内的表达呈部位互补形式。Bcl-2倾向于分布在生长细胞、增殖细胞,而Bax倾向于分布在终末分化细胞、退化细胞,在凋亡旺盛的细胞中表达更强。 国外Komatauin报道,在胃黏膜癌变的早期阶段,即已发生Bax的表达异常。

综述 胃癌

综述 基因芯片分析在胃癌研究中的进展 摘要:胃癌是全球范围内最常见的肿瘤之一,尽管一些成熟的治疗方案已经建立,但死亡率仍然在增加。目前,淋巴节转移情况被认为是胃癌的最可靠的预后指示器。尽管胃癌的早期诊断可以提高病人的存活率并增加成功治疗的可能性,然而,一方面内镜检查诊断方法在较贫穷的国家里价格仍然相对昂贵,因而其早期胃癌诊断率并不高。因此,许多创新的技术正研究开发出一种通过识别特定的血清生物标志物来实施的新的非侵入性的筛检试验。DNA芯片技术是一种能够同时测定大量不同基因的表达水平的新技术。因此,确定肿瘤的基因表达谱并将之与肿瘤转移及预后的发生发展相关联。一些已发表的文献已经阐明芯片分析在胃癌研究以及胃癌发生和转移形成的机制研究中的作用。本篇综述的目的就是通过分析芯片技术的重要性以及其临床应用,从而有助于更好的揭示出胃癌的遗传学特征并应用到更确定性的治疗中。 关键字:芯片,胃癌,基因,治疗,化疗 定义和流行病学 尽管欧洲在大范围的幽门螺杆菌根除治疗后形成了一个胃癌发病率的持续的下降趋势,胃癌仍然在世界范围内是最常见的肿瘤之一。胃癌在发展中国家以及男性中的发病更为常见, 每年新诊断近一百万胃癌病例。 在美国,胃癌占据了每年肿瘤新发案例的2%,但是在韩国,胃癌的发生更为普遍,占据韩国所有癌症类型的20.8%。胃癌病人的半年生存率跟初次诊断胃癌时的胃癌临床分期相关,在这些新诊断出来的胃癌病人中,约65%的病人在胃癌发生的早期诊断出来,不到15%的胃癌病人在胃癌进展期被诊断出来。80%~90%的病人会发生侵袭性转移。 尽管已经存在一些胃癌的治疗方案,胃癌的发病率和死亡率仍然在增加。 风险因素 胃癌的风险因素包括年龄(> 60岁), 生活方式(吸烟、饮酒、摄入硝酸盐或富含硝酸盐的食品),幽门螺杆菌感染,胃部疾病(Menetrier病、自身免疫性萎缩性胃炎,、恶性贫血、肠上皮化生)、遗传学因素、个人或家族性的胃癌遗传史。 在这些危险因素中,幽门螺杆菌感染是主要的危险因素并且可能触发约65%~80%的胃癌病例。CagA 毒力因子可能通过慢性炎症导致潜在的胃癌发生。 相反,,抗氧化剂例如新鲜水果和蔬菜中包含的维生素A和C,典型的地中海式饮食以及绿茶被认为是保护因素,因此它们与减少胃癌的发病率相关。 雌激素被认为是胃癌发生的保护因素,男性发病率显著高于比女性(3:1)。 症状 不幸的是,胃癌的发生非常普遍,一些非特异性症状如恶心、消化不良、缺乏食欲、进食大量食物时感到困难、上腹部疼痛等都容易与胃炎或胃溃疡的症状相混淆。 此外,出现这些症状时,患者常常错误地处理,通过服用抗酸药或质子泵抑制剂来改善症状。更具体的症状,如持续疼痛、体重减轻、贫血、食欲不振、缺铁性贫血的出现通常在晚期,这往往会延误诊断。

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。

“基因工程与蛋白质工程”知识归纳及试题例析

“基因工程与蛋白质工程”知识归纳及试题例析 一、知识归纳 1.与DNA分子相关的酶 名称作用参与的生理过程应用限制性核酸内切 酶 切割某种特定的脱氧核苷酸序列基因工程DNA连接酶连接两个DNA片段基因工程 DNA聚合酶在脱氧核苷酸链上添加单个脱氧 酸 DNA复制 RNA聚合酶在核苷酸链上添加单个核糖核苷 酸 转录 解旋酶使碱基间氢键断裂DNA复制及转录 逆转录酶以RNA为模板合成DNA逆转录及基因工程 特别注意: (1)限制性核酸内切酶的来源:多数来自原核生物;作用特点:主要切割外源DNA,对自身的DNA不起作用从而达到保护自身的目的;作用结果:形成DNA片断末端。 (2)各种酶都具有专一性,特别是限制酶只能识别特定的脱氧核苷酸序列,并在特定的碱基之间切开。 2.基因工程的基本操作程序 (1)获取目的基因 ①基因文库:是将含有某种生物不同基因的许多DNA片段,导入受体菌的群体中通过 克隆而储存,各个受体菌分别含有这种生物的不同基因。 ②基因组文库:基因文库中含有一种生物所有的基因就叫做基因组文库。 ③部分基因文库:含有一种生物的部分基因,就叫做部分基因文库,如cDNA文库。 PCR技术与DNA复制的比较 比较项目PCR技术DNA复制 相 同 点 原理DNA双链复制((碱基互补配对) 原料四种游离的脱氧核苷酸 条件模板、ATP、酶等 不 同 解旋方式DNA在高温下变性解旋解旋酶催化 场所体外复制主要在细胞核内

点 酶 热稳定的DNA聚合酶(Taq 酶) 细胞内含有的DNA聚合酶结果 在短时间内形成大量的DNA 片段 形成整个DNA分子 (2)基因表达载体的构建(基因工程的核心) ①构建目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代,同时,使目 的基因能够表达和发挥作用。 ②一个基因表达载体的组成:目的基因、启动子、终止子、标记基因等。 ③构建方法 生物 种类 植物细胞动物细胞微生物细胞常用 方法 农杆菌转化法显微注射技术Ca2+处理法受体 细胞 体细胞受精卵原核细胞 转化 过程 将目的基因插入Ti质粒 的TDNA上→农杆菌→导 入植物细胞→整合到受体细 胞的DNA→表达 将含有目的基因的表达 载体提纯→取卵(受精卵) →显微注射→受精卵发育→ 获得具有新性状的动物 Ca2+处理细胞→感受态 细胞→重组表达载体与感受 态细胞混合→感受态细胞吸 收DNA分子特别注意:受体细胞中常用植物受精卵或体细胞(经组织培养)、动物受精卵(一般不用体细胞)、微生物──大肠杆菌、酵母菌等,但要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则必 需用真核生物酵母菌──需内质网、高尔基体的加工、分泌。一般不用支原体,原因是它营 寄生生活;一定不能用哺乳动物成熟红细胞,原因是它无细胞核和众多的细胞器,不能合成 蛋白质。

胃癌常见三个致癌基因

胃癌常见三个致癌基因 西安国医肿瘤医院研究人员发现导致胃癌的癌基因是比较多的,但是绝大多数患者中有三种基因是最为常见的,它们是Met基因、Ras基因和c-myc基因。下面我们来详细介绍: 1.Met基因 Met基因编码190kD的跨膜糖蛋白,属酪氨酸激酶生长因子受体家族成员,间质起源的细胞(成纤维细胞、平滑肌细胞)产生的肝细胞因子(HGF)或离散因子(SF)作为Met受体的配体,形成HGF/SF-Met内分泌信号系统。 HGF激活可使Met的两个相邻酪氨酸残基磷酸化,进而激活多个信号通路,从而促进细胞的增殖、分裂,腺管和分支结构的形成,血管生成以及肿瘤细胞的浸润和转移。Met的过表达在乳腺、卵巢、甲状腺、胰腺、胃、脑、前列腺、子宫内膜等多种器官的肿瘤和细胞系均有报道。 Soman等利用RT-PCR技术检测胃癌癌前病变各期胃黏膜细胞,发现浅表性胃炎(2/4)、萎缩性胃炎(5/7)、肠化生(2/5)、胃癌(1/2)各期均有tpr-met mRNA 的高表达。tpr-met重排基因是-met原癌基因活化的一种形式。所以认为,c-met 的激活及表达增高出现于胃黏膜病变的早期——在胃黏膜损伤后的炎症反应时即有过表达。 在此情况下,胃黏膜处于旺盛的增殖状态,DNA的合成和分裂活跃,易受各种致癌因子的损伤,发生染色体基因结构和功能的改变,使细胞具备了向恶性转化的条件。另有研究发现,在浅表性胃炎c—met蛋白表达率较低,而随着病变从肠化生_+异型增生_+癌变演变,阳性表达率逐步升高,以进展期胃癌最显著,同时胃黏膜增殖程度与c-met阳性表达强度关系分析,两者有显著相关性,表明-met蛋白表达反映胃黏膜细胞的增殖状态并具有恶变倾向。 有人研究了110例胃癌癌前病变和-met表达,结果也发现随着胃黏膜病变的进展,-met过量表达率逐渐升高。因此,c-met原癌基因蛋白的过量表达是与胃癌发生相关的蛋白表达异常。 2.Ras基因 Ras基因(K-ras、H-ras、N-ras)编码一种鸟苷酸结合蛋白(P21蛋白),其在细胞增殖分化信号从激活的跨膜受体传递到下游蛋白激酶的过程中起作用。

高中生物选修3基因工程的应用和蛋白质工程知识点

高中生物选修3基因工程的应用和蛋白质工程知识点 1.基因工程培育转基因生物的优点: (1)打破了常规育种难以突破的物种之间的界限(生殖隔离) (2)定向改变了生物的遗传性状。 2.基因工程的应用: (1)用于提高动植物生长速度。 (2)用于改善畜产品的品质。 (3)用转基因动物生产药物。 (4)用转基因动物作器官移植的供体。 3.膀胱生物反应器:将外源基因导入到受精卵膀胱上皮细胞进行表达。优点: 雌雄个体都能生产。 4.乳腺生物反应器或乳房生物反应器缺点:只有雌性个体才能生产药物。 5.干扰素:干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白,干扰 素几乎能够抵抗所有病毒引起的感染。 6.基因治疗:是把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从 而达到治疗疾病的目的,这是治疗遗传病的最有效的手段。 7.基因治疗不能替代原有基因,它替代的是缺陷基因的功能。 8.大肠杆菌是原核生物,生产出来的干扰素没有活性,原核细胞内没有内质网 和高尔基体,只有核糖体,只能合成相应的蛋白质,无法添加糖基,要使干扰素具有活性,还必须经过人工处理,加上糖基。 9.基因诊断:也称DNA诊断或基因探针技术,即在DNA水平分析检测某一基 因,从而对特定的疾病进行诊断。 10.基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 11.蛋白质工程的目标:根据人们对蛋白质的特定需求,对蛋白质进行分子设计。 12.天然蛋白质的合成过程:按照中心法则进行的,基因→表达(转录和翻译) →形成氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能。 13.蛋白质工程合成蛋白质的过程:从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白 质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列。 14.蛋白质工程中进行基因操作的原因: (1)改造过的蛋白质可以遗传。 (2)对基因的改造比对蛋白质直接改造容易操作,难度少的多。 15.蛋白质工程:蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关 系作为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有的蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需求。原理是改造基因,实质是对编码蛋白质的基因进行改造。

组蛋白去乙酰化酶(HDACs)的研究进展

组蛋白去乙酰化酶(HDACs)的研究进 展 【摘要】在肿瘤的表观遗传学研究中,组蛋白的乙酰化修饰对肿瘤的发生发展起重要作用。正常细胞体一旦出现核内组蛋白乙酰化与去乙酰化的失衡,即会导致正常的细胞周期与细胞代谢行为的改变而诱发肿瘤。组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases,HDACs)催化组蛋白的去乙酰化,维系组蛋白乙酰化与去乙酰化的平衡状态,与癌相关基因转录表达、细胞增殖分化及细胞凋亡等诸多过程密切相关。从组蛋白去乙酰化酶HDACs的结构分类及其与肿瘤发生发展关系两方面对HDACs做一综述。 【关键词】组蛋白去乙酰化酶(HDACs);肿瘤;表观遗传学 Abstract:The modification for histone acetylation is of great importance for formulation and development of

tumors in the epigenetic study of tumors. The disequilibrium of histone acetylation and deacetylation may cause some changes of cell cycle and cell metabolism. Histone deacetylases (HDACs) catalyze the deacetylation of histones,and maintain the equilibrium between histone acetylation and deacetylation as well. They are related to many regulation processes containing transcription of oncogene,cell cycle,apoptosis and so on. The structure classification of HDACs and the relationship between the HDACs and the formation and advancement of tumor were reviewed in this paper. Key words:histone feacetylases (HDACs); tumor; epigenetics 肿瘤的发生是一个复杂的病理过程,受多重因素的影响,包括个体遗传因素、环境因素、物理化学因素、分子生物学因素等等。随着生命科学的迅速发展和有关肿瘤致病机制和发病机制的

“基因工程与蛋白质工程”知识归纳及试题例析讲解学习

“基因工程与蛋白质工程”知识归纳及试题例析一、知识归纳 名称作用参与的生理过程应用 限制性核酸内切酶切割某种特定的脱氧核苷酸序列基因工程 DNA连接酶连接两个DNA片段基因工程 DNA聚合酶在脱氧核苷酸链上添加单个脱氧酸DNA复制 RNA聚合酶在核苷酸链上添加单个核糖核苷酸转录 解旋酶使碱基间氢键断裂DNA复制及转录 逆转录酶以RNA为模板合成DNA 逆转录及基因工程特别注意: (1)限制性核酸内切酶的来源:多数来自原核生物;作用特点:主要切割外源DNA,对自身的DNA不起作用从而达到保护自身的目的;作用结果:形成DNA片断末端。 (2)各种酶都具有专一性,特别是限制酶只能识别特定的脱氧核苷酸序列,并在特定的碱基之间切开。 2.基因工程的基本操作程序 (1)获取目的基因 ①基因文库:是将含有某种生物不同基因的许多DNA片段,导入受体菌的群体中通过克 隆而储存,各个受体菌分别含有这种生物的不同基因。 ②基因组文库:基因文库中含有一种生物所有的基因就叫做基因组文库。 ③部分基因文库:含有一种生物的部分基因,就叫做部分基因文库,如cDNA文库。 比较项目PCR技术DNA复制 相 同 点 原理DNA双链复制((碱基互补配对) 原料四种游离的脱氧核苷酸 条件模板、ATP、酶等 不 同 点 解旋方式DNA在高温下变性解旋解旋酶催化 场所体外复制主要在细胞核内 酶热稳定的DNA聚合酶(Taq酶)细胞内含有的DNA聚合酶 结果在短时间内形成大量的DNA片段形成整个DNA分子 (2)基因表达载体的构建(基因工程的核心) ①构建目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代,同时,使目 的基因能够表达和发挥作用。 ②一个基因表达载体的组成:目的基因、启动子、终止子、标记基因等。 ③构建方法

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.

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,

组蛋白乙酰化

组蛋白乙酰化 组蛋白乙酰化反应多发生在核心组蛋白N端碱性氨基酸集中区的特定Lys +,中和掉一个正电荷.这残基。于此,将乙酰辅酶A的乙酰基转移到Lys的ε-NH 3 样可减弱DNA与组蛋白的相互作用。 染色质特定部位的组蛋白乙酰化状态由两类酶及其相对活性决定,它们是组蛋白乙酰基转移酶(HATs)和组蛋白去乙酰化酶(HD)。 事实证明,HATs只要乙酰化全部位点的46%,就足以阻止染色质高级结构的折叠及促进RNA聚合酶Ⅲ介导的转录。组蛋白乙酰化引起染色质结构改变及基因转录活性变化的机制至少包括以下几个方面:(1)组蛋白尾部赖氨酸残基的乙酰化能够使组蛋白携带正电荷量减少,降低其与带负电荷的DNA 链的亲和性,导致局部DNA 与组蛋白八聚体解开缠绕,从而促使参与转录调控的各种蛋白因子与DNA 特异序列结合,进而发挥转录调控作用;(2)组蛋白的N末端尾巴可与参与维持染色质高级结构的多种蛋白质相互作用,更加稳定了核小体的结构。而组蛋白乙酰化却减弱了上述作用,阻碍了核小体装配成规则的高级结构;(3)组蛋白乙酰基转移酶对相关的转录因子或活化因子进行乙酰化修饰以调节基因的表达。 局部乙酰化:共激活因子是一种由多种蛋白组合成的复合物,可以使结合在DNA上游的转录因子与结合在核心启动子的转录机器相互联系,具有HAT活性。当DNA 与核小体尚未解开缠绕时,转录激活因子就可以和DNA上相应的反应元件,一旦结合到转录激活因子就可募集共激活因子到染色质上的靶转录基因区此时共激活因子利用其HAT活性使结合在DNA 启动子区域的核心组蛋白乙酰化,进而使DNA与组蛋白间作用减弱,核小体被释放,从而使转录因子和RNA聚合酶可以与DNA上特异的启动子结合,启动靶基因的转录,而此转录一经开始 RNA 聚合酶就有能力识别与核小体结合的DNA模板。广泛乙酰化:增强子或LCR结合的活化因子可募集HATs引起广泛乙酰化。广泛乙酰化是组蛋白处与较高的乙酰化水平,使染色质高级结构不能紧密折叠,所以广泛乙酰化是为基因表达建立稳定的基础,而局部乙酰化是基因对细胞外信号的瞬时反应。 在染色质水平上局部组蛋白的去乙酰化可以稳定核小体结构,并且恢复组蛋白与DNA及组蛋白与组蛋白之间的作用。HDACs将乙酰基从组蛋白尾端移除后可

9、组蛋白(去)乙酰化

分子机制研究套路(九) 组蛋白(去)乙酰化 课题:组蛋白乙酰转移酶A在B基因转录调控中的作用 1.概念介绍: 表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下,基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。表观遗传的现象很多,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA。染色质的基本组成单位是核小体,核小体是由146bp碱基对缠绕由H2A、H2B、H3、H4各2个组成的组蛋白八聚体构成的,各个核小体之间由H1连接,最终组成染色质。 组蛋白修饰指对组蛋白N端尾部氨基酸的修饰,包括乙酰化、磷酸化、甲基化和泛素化等。在组蛋白的各种修饰方式中,组蛋白乙酰化的研究较为透彻。组蛋白的乙酰化主要发生在赖氨酸残基上,赖氨酸侧链含有氨基,在生理条件下带正电荷,从而能够和含有磷酸基团的DNA紧密结合,被乙酰化后使得正电荷被中和,无法和DNA紧密结合使得染色质结构松散,促进基因的表达。组蛋白的乙酰化动态平衡由大量不同的组蛋白去乙酰转移酶(HDAC)和组蛋白乙酰化酶(HAT)调节。如前所述,组蛋白的乙酰化能够促进某些基因的激活,因此通过使用HDAC抑制剂相对提高组蛋白乙酰化的程度,能够显著上调大量具有保护作用的基因,达到治疗某些疾病的目的。目前临床使用的HDAC抑制剂包括丙戊酸(VPA)、曲古菌素A、丁酸苯酯等。 早期,人们认为组蛋白修饰只是提供一个信号,指导与染色体功能相关的非组蛋白与染色体的结合。随着研究的深入,人们越来越清楚地认识到这些修饰的某种组合对转录调控具有极其深刻的影响,“组蛋白修饰密码”假说诞生了。这个假说推测特定的组蛋白修饰是同一个组蛋白或另一个组蛋白分子进一步修饰的决定因素,特定的共价修饰,修饰发生的顺序特征以及各种修饰的组合模式形成了复杂的“组蛋白密码”,这种密码决定了基因的转录状态,

基因工程与蛋白质工程试题

基因工程与蛋白质工程 1.利用基因工程可以获得转基因牛,从而改良奶牛的某些性状。 基因工程的四个基本操作步骤是_______________________________、基因表达载体的构建、__________________________和_______________________________。若要获得的转基因牛分泌的乳汁中含有人干扰素,则所构建的基因表达载体必须包括:人干扰素基因及其启动子、_________________、_________________等。将该基因表达载体导入受体细胞所采用的方法是_________________,为获得能大量产生人干扰素的转基因牛,该基因表达载体应导入的受体细胞是_________________(受精卵、乳腺细胞)。 2.下图为利用生物技术获得生物新品种的过程,据图回答: (1)在基因工程中,A表示_________________,如果直接从苏云金杆菌中获得抗虫基因,①过程使用的酶区别于其他酶的特点是______________________________________________________________________ _______________,B表示_________________。 B→D的过程中,若使用的棉花受体细胞为体细胞,⑤表示的生物技术是要确定目的基因(抗虫基因)导入受体细胞后,是否能稳定遗传并表达,需进行检测和鉴定工作,请写出在个体水平上的鉴定过程______________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 3.农业科技工作者在烟草中找到了一抗病基因,现拟采用基因工程技术将该基因转入棉花,培育抗病棉花品系。请回答下列问题: (1)要获得该抗病基因,采用_________________、_________________ 等方法。为了能把该抗病基因转入棉花细胞中,常用的载体是_________________ 。 (2)假如载体切割后,得到的分子末端序列为: 请写出能与该载体连接的抗病基因分子末端是 _________________。 (3)再将连接得到的DNA分子导入农杆菌,然后用该农杆菌去_______棉花细胞,从培养出的植株中____________出抗病的棉花。 (4)该抗病基因在棉花细胞中表达的产物是() A.淀粉 B.脂类 C.蛋白质 D.核酸 (5)转基因棉花获得的_________________是由该表达产物来体现的。 4.目的基因的分离是基因工程研究中的主要方面和操作关键。下面甲、乙图表示

基因工程与蛋白质工程试题(最新)

选修 3 现代生物科技专题出题人:刘秀平审核:高二生物组时间:2013 年12 月28 日班级姓名学号 获取目的基因, 其原因是。 (2) 在乙图中,c 过程在遗传学上称为, d 过程称为,d 过程需以mRNA为模板, 以为原料, 还需要的条件是 ATP、、DNA聚合酶等。第17 周生物作业——基因工程与蛋白质工程 (3) 除了上述两种方法可以获取目的基因外, 请你再写出一种方法: 1. (2010 海南)利用基因工程可以获得转基因牛,从而改良奶牛的某些性状。基因工程的四个基本操作步骤是、基因表达载体的构建、5. 下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图,请据图作答。 。 和。若要获得的转基因牛分泌的乳汁中含有人干扰素,则所构建的基因表 达载体必须包括:某种牛乳腺分泌蛋白基因及其启动子、、 、和复制原点等。将该基因表达载体导入受体细胞所采用的方法是 (显微注射法、农杆菌转化法),为获得能大量产生人干扰素的转基因牛,该基因表达载体应导入 的受体细胞是(受精卵、乳腺细胞)。 2.下图为利用生物技术获得生物新品种的过程,据图回答: (1) 在基因工程中, A 表示 (1)能否利用人的皮肤细胞来完成①过程?,为什么? ________ ,如果直接从苏云 (2)过程②必需的酶是酶,过程③必需的酶是酶。 金杆菌中获得抗虫基因,①过程使 (3)在利用AB获得C的过程中,必须用切割A 和B,使它们产 用的酶区别于其他酶的特点是 生,再加入,才可形成C。 ________ ,B 表示_______ 。 (4)为使过程⑧更易进行,可用(药剂)处理D。 (2)B→D的过程中,若使用的棉花受体细胞为体细胞,⑤表示的生物技术是植物组织培养技术。 (5)由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率,所以在导入后通常需要进行操作。要确定目的基因( 抗虫基因) 导入受体细胞后,是否能稳定遗传并表达,需进行检测和鉴定工作, (6)将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌,从两者中生产的胰岛素在功能和序 请写出在个体水平上的鉴定过程:。 列上是相同的。 3. 农业科技工作者在烟草中找到了一抗病基因,现拟采用基因工程技术将该基因转入棉花,培育 6. 豇豆对多种害虫具有抗虫能力,根本原因是豇豆体内具有胰蛋白酶抑制剂基因(CpTI 基因)。 抗病棉花品系。请回答下列问题: 科学家将其转移到水稻体内后,却发现效果不理想,主 (1)要获得该抗病基因,采用、等方法。为了能把该抗 “信号肽”“内质网滞留 要原因是CpTI 蛋白质的积累量不足。经过在体外对CpTI 序列CpTI基因信号”序列 病基因转入棉花细胞中,常用的载体是。 基因进行了修饰后,CpTI 蛋白质在水稻中的积累量就得 ① (2)假如载体切割后,得到的分子末端序列为: 到了提高。修饰和表达过程如下图所示: 修饰后的CpTI基因 请写出能与该载体连接的抗病基因分子末端是。 (3)再将连接得到的DNA分子导入农杆菌,然后用该农杆菌去棉花细胞,利用植物请根据以上材料,回答下列问题: (1)CpTI 基因是该基因工程中的____________基因,“信 A ②号肽”序列及“内质网滞留信号”序列的基本组成单位 细胞具有的性进行组织培养,从培养出的植株中出抗病的棉花。 CpTI蛋白质 是___________________,在①过程中,首先要用 (4)该抗病基因在棉花细胞中表达的产物是()A. 淀粉 B. 脂类 C.蛋白质 D. 核酸 _____________酶切开,暴露出_______________再用______________酶连接。 (5)转基因棉花获得的是由该表达产物来体现的。

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