現(xiàn)代分子生物學(xué)DNA學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1現(xiàn)代現(xiàn)代(xindi)分子生物學(xué)分子生物學(xué)DNA第一頁，共30頁。DNADNA研究進(jìn)展研究進(jìn)展- -簡介簡介(jin ji)(jin ji)Progress in DNA Progress in DNA researchresearch第2頁/共30頁第二頁，共30頁。一、表觀遺傳學(xué)一、表觀遺傳學(xué)二、二、DNADNA修復(fù)修復(fù)(xif)(xif)三、基因序列多樣性三、基因序列多樣性第3頁/共30頁第三頁，共30頁。表觀遺傳學(xué)（表觀遺傳學(xué)（epigenomicsepigenomics）：基因）：基因(jyn)(jyn)序列不改變，可遺傳的表型變化序列不改變，可遺傳的表型變化一、表觀一、表觀

2、(bio un)(bio un)遺傳學(xué)遺傳學(xué) epigenomics epigenomics第4頁/共30頁第四頁，共30頁。染色質(zhì)重塑復(fù)合物：依靠水解染色質(zhì)重塑復(fù)合物：依靠水解ATPATP提供能量來完成提供能量來完成(wn chng)(wn chng)染色質(zhì)結(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，構(gòu)的改變， 根據(jù)水解根據(jù)水解ATPATP的亞基不同，可將復(fù)合物分為的亞基不同，可將復(fù)合物分為SWI/SNFSWI/SNF復(fù)合物、復(fù)合物、ISWISW 復(fù)合物以及其它類型的復(fù)合物。這些復(fù)合物及相關(guān)的蛋白均與轉(zhuǎn)復(fù)合物以及其它類型的復(fù)合物。這些復(fù)合物及相關(guān)的蛋白均與轉(zhuǎn) 錄的激活和抑制、錄的激活和抑制、DNADNA的甲基化、的

3、甲基化、DNADNA修復(fù)及細(xì)胞周期相關(guān)。修復(fù)及細(xì)胞周期相關(guān)。 第5頁/共30頁第五頁，共30頁。DNADNA甲基化（甲基化（ DNA methylation DNA methylation ）：）： 在在DNADNA甲基化轉(zhuǎn)移酶的作用下，主要是基因組甲基化轉(zhuǎn)移酶的作用下，主要是基因組CpGCpG二核苷二核苷 酸的胞嘧啶酸的胞嘧啶55碳位共價鍵結(jié)合一個碳位共價鍵結(jié)合一個(y )(y )甲基基團(tuán)甲基基團(tuán)第6頁/共30頁第六頁，共30頁。DNADNA復(fù)制相關(guān)復(fù)制相關(guān)-組蛋白修飾組蛋白修飾(DNA replication-histone)(DNA replication-histone)乙?；?、去乙酰

4、化（乙?；?、去乙?；╝celation/deacelationacelation/deacelation）：乙?；D(zhuǎn)移酶）：乙酰化轉(zhuǎn)移酶(HATs)(HATs) 主要在組蛋白主要在組蛋白H3H3、H4H4的的N N端尾上的賴氨酸加上乙酰基，去乙酰化端尾上的賴氨酸加上乙?；ヒ阴；?酶酶(HDACs)(HDACs)相反相反磷酸化、去磷酸化（磷酸化、去磷酸化（phosporylation/dephosporylationphosporylation/dephosporylation）甲基化（甲基化（methylationmethylation）：組蛋白甲基化主要發(fā)生在）：組蛋白甲基化主要發(fā)生在

5、H3H3和和H4H4組蛋白組蛋白N N端端 Arg Arg或或LysLys殘基上，功能主要體現(xiàn)在異染色質(zhì)形成、基因印記、殘基上，功能主要體現(xiàn)在異染色質(zhì)形成、基因印記、X X染染 色體失活和轉(zhuǎn)錄調(diào)控色體失活和轉(zhuǎn)錄調(diào)控(dio kn)(dio kn)方面方面第7頁/共30頁第七頁，共30頁?；蚪M印記（基因組印記（ genomic impriting genomic impriting ）：）： 來自父方和母方的等位基因在通過精子和卵子傳遞給子來自父方和母方的等位基因在通過精子和卵子傳遞給子 代時發(fā)生了修飾代時發(fā)生了修飾(xish)(xish)，使帶有親代印記的等位基因具有不同，使帶有親代印記的等

6、位基因具有不同 的表達(dá)特性，這種修飾的表達(dá)特性，這種修飾(xish)(xish)常為常為DNADNA甲基化修飾甲基化修飾(xish)(xish)，也包括組，也包括組 蛋白乙?；⒓谆刃揎椀鞍滓阴；?、甲基化等修飾(xish)(xish)第8頁/共30頁第八頁，共30頁。X X染色體失活（染色體失活（X chromosome inactivation X chromosome inactivation ）女性有兩條女性有兩條X X染色體，男性染色體，男性(nnxng)(nnxng)只有一條只有一條X X染色體，為保持染色體，為保持平衡，女平衡，女性的一條性的一條X X染色體被永久失活，即染色體

7、被永久失活，即“劑量補(bǔ)償劑量補(bǔ)償”效應(yīng)效應(yīng) 父本父本X X染色體在所有的早期胚胎細(xì)胞中失活，表現(xiàn)為整個染色體染色體在所有的早期胚胎細(xì)胞中失活，表現(xiàn)為整個染色體的組蛋白被修飾和對細(xì)胞分裂有抑制作用的的組蛋白被修飾和對細(xì)胞分裂有抑制作用的Pc-GPc-G蛋白蛋白(Polycomb(Polycombgroup proteins, Pc-G)group proteins, Pc-G)表達(dá)，然后表達(dá)，然后XpXp在內(nèi)細(xì)胞群又選擇性恢復(fù)活性在內(nèi)細(xì)胞群又選擇性恢復(fù)活性，最后父本或母本最后父本或母本X X染色體再隨機(jī)失活。染色體再隨機(jī)失活。第9頁/共30頁第九頁，共30頁。功能性非編碼功能性非編碼RNARNA

8、（non-coding RNAnon-coding RNA）：）： 長鏈非編碼長鏈非編碼RNARNA（long strain non-coding RNAlong strain non-coding RNA）：在基因簇以至）：在基因簇以至 于整個染色體水平于整個染色體水平(shupng)(shupng)發(fā)揮順式調(diào)節(jié)作用，還具有反式調(diào)節(jié)的發(fā)揮順式調(diào)節(jié)作用，還具有反式調(diào)節(jié)的 作用作用短鏈短鏈RNARNA（short strain non-coding RNAshort strain non-coding RNA）：在基因組水平）：在基因組水平(shupng)(shupng)對基對基 因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控

9、因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控第10頁/共30頁第十頁，共30頁。DNADNA骨架的硫修飾（骨架的硫修飾（sulfur modification of DNA backbonesulfur modification of DNA backbone）：）：從植物致病菌到人類病原菌，從好氧菌到厭氧菌，廣泛多樣性從植物致病菌到人類病原菌，從好氧菌到厭氧菌，廣泛多樣性硫修飾是自然微生物硫修飾是自然微生物DNADNA骨架廣泛存在又非常獨(dú)特的生理修飾骨架廣泛存在又非常獨(dú)特的生理修飾DNADNA硫修飾微生物的分布與特定的海洋區(qū)域、海洋深度硫修飾微生物的分布與特定的海洋區(qū)域、海洋深度(shnd)(shnd)相關(guān)相關(guān)第11頁/

10、共30頁第十一頁，共30頁。二、二、DNADNA修復(fù)修復(fù)(xif)(xif)（DNA repairingDNA repairing）DNA修復(fù)：細(xì)胞對內(nèi)外誘變因素造成的修復(fù)：細(xì)胞對內(nèi)外誘變因素造成的DNA損傷和復(fù)制過程中發(fā)生損傷和復(fù)制過程中發(fā)生 非標(biāo)準(zhǔn)堿基的參入，以及堿基錯配所造成的非標(biāo)準(zhǔn)堿基的參入，以及堿基錯配所造成的DNA結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)和 序列錯誤的一種糾正功能和過程序列錯誤的一種糾正功能和過程所有所有(suyu)細(xì)胞都具有特定的細(xì)胞都具有特定的DNA修復(fù)酶系統(tǒng)以確保遺傳信息的正常流動修復(fù)酶系統(tǒng)以確保遺傳信息的正常流動第12頁/共30頁第十二頁，共30頁。DNADNA損傷損傷(snshng)(

11、snshng)原因（原因（DNA damage results fromDNA damage results from）DNADNA損傷損傷(snshng)(snshng)類型（類型（types of DNA damagetypes of DNA damage）第13頁/共30頁第十三頁，共30頁。DNADNA修復(fù)修復(fù)(xif)(xif)機(jī)制（機(jī)制（mechanism of DNA repairmechanism of DNA repair）直接直接(zhji)(zhji)修復(fù)修復(fù)(direct repair)(direct repair)第14頁/共30頁第十四頁，共30頁。切除切除(qic

12、h)(qich)修復(fù)修復(fù)(excision repair)(excision repair)第15頁/共30頁第十五頁，共30頁。錯配修復(fù)錯配修復(fù)(mismatch repair)(mismatch repair)識別出正確的鏈（母鏈甲基化），切除掉不正確的部分，然后通過識別出正確的鏈（母鏈甲基化），切除掉不正確的部分，然后通過DNADNA聚合酶和聚合酶和DNADNA連接酶，合成正確配對的雙鏈連接酶，合成正確配對的雙鏈DNADNA主要用來糾正主要用來糾正DNADNA雙螺旋上錯配的堿基對，還能雙螺旋上錯配的堿基對，還能修復(fù)一些因復(fù)制打滑而產(chǎn)生修復(fù)一些因復(fù)制打滑而產(chǎn)生(chnshng)(chnsh

13、ng)的小于的小于4nt4nt的核苷酸的核苷酸插入或缺失插入或缺失第16頁/共30頁第十六頁，共30頁。雙鏈斷裂修復(fù)雙鏈斷裂修復(fù)(xif)(double strain break repair)(xif)(double strain break repair)第17頁/共30頁第十七頁，共30頁。在在DNADNA損傷時，缺乏校對功能的損傷時，缺乏校對功能的DNADNA聚合酶常在受損部位進(jìn)行聚合酶常在受損部位進(jìn)行DNADNA復(fù)制以避免細(xì)胞死亡，但同時復(fù)制以避免細(xì)胞死亡，但同時(tngsh)(tngsh)又導(dǎo)致較高的差錯率的修復(fù)方式又導(dǎo)致較高的差錯率的修復(fù)方式由高水平的由高水平的DNADNA損傷引

14、起的多種基因的協(xié)同誘導(dǎo)作用，也叫損傷引起的多種基因的協(xié)同誘導(dǎo)作用，也叫SOS SOS responseresponse（SOS SOS 應(yīng)答）應(yīng)答）易錯修復(fù)易錯修復(fù)(xif)(error-prone repair)(xif)(error-prone repair)第18頁/共30頁第十八頁，共30頁。重組重組(zhn z)(zhn z)修復(fù)修復(fù)(recombinational repair)(recombinational repair)復(fù)制含有嘧啶二聚體或其它結(jié)構(gòu)損傷的復(fù)制含有嘧啶二聚體或其它結(jié)構(gòu)損傷的DNADNA，當(dāng)復(fù)制到損傷的部位時，子代當(dāng)復(fù)制到損傷的部位時，子代DNADNA鏈中與損鏈中

15、與損傷部位相對應(yīng)的部位出現(xiàn)缺口，新合成的傷部位相對應(yīng)的部位出現(xiàn)缺口，新合成的子鏈比未損傷的子鏈比未損傷的DNADNA鏈要短一些。完整的母鏈要短一些。完整的母鏈與有缺口的子鏈重組，缺口由母鏈來的鏈與有缺口的子鏈重組，缺口由母鏈來的核苷酸片段彌補(bǔ)。合成重組后，母鏈中的核苷酸片段彌補(bǔ)。合成重組后，母鏈中的缺口通過缺口通過(tnggu)DNA(tnggu)DNA多聚酶的作用，合成核苷酸多聚酶的作用，合成核苷酸片段，然后由連接酶使新片段與舊鏈聯(lián)結(jié)，片段，然后由連接酶使新片段與舊鏈聯(lián)結(jié)，重組修復(fù)完成重組修復(fù)完成 第19頁/共30頁第十九頁，共30頁。第20頁/共30頁第二十頁，共30頁。三、基因三、基因(

16、jyn)(jyn)序列多樣性序列多樣性(gene sequence diversity)(gene sequence diversity)基因基因(jyn)(jyn)序列多樣性序列多樣性(gene sequence diversity)(gene sequence diversity)異構(gòu)體（異構(gòu)體（isoformsisoforms）第21頁/共30頁第二十一頁，共30頁。免疫免疫(miny)(miny)球蛋白基因的多樣性球蛋白基因的多樣性(diversity of Ig gene)(diversity of Ig gene) (vetebrates) (vetebrates)1. 1. 胚胎

17、細(xì)胞的胚胎細(xì)胞的V-JV-J或或V-D-JV-D-J重排重排 抗體多樣性的主要來源抗體多樣性的主要來源2. 2. 基因重組的連接變異性基因重組的連接變異性V V、D D、J J重組連接時，識別序列的丟失或位移，增加多樣性重組連接時，識別序列的丟失或位移，增加多樣性N N區(qū)的變化：在接頭末端減少或增加多達(dá)區(qū)的變化：在接頭末端減少或增加多達(dá)15nt15nt連接重組：連接重組：V V、D D、J J連接時發(fā)生重組連接時發(fā)生重組3. 3. 體細(xì)胞基因突變體細(xì)胞基因突變基因片段重排后，發(fā)生體細(xì)胞基因片段重排后，發(fā)生體細(xì)胞ntnt點(diǎn)突變點(diǎn)突變, ,一般不發(fā)生在一般不發(fā)生在IgMIgM體細(xì)胞突變與免疫體細(xì)胞

18、突變與免疫(miny)(miny)應(yīng)答過程有關(guān)，第二或三次抗原刺激，變應(yīng)答過程有關(guān)，第二或三次抗原刺激，變 異更大，大部分在異更大，大部分在CDR1CDR1和和CDR2CDR2，隨機(jī)體細(xì)胞突變后，提，隨機(jī)體細(xì)胞突變后，提 高抗體親和力的突變被選擇高抗體親和力的突變被選擇第22頁/共30頁第二十二頁，共30頁。無脊椎動物：免疫無脊椎動物：免疫(miny)(miny)相關(guān)基因序列多樣性相關(guān)基因序列多樣性 (diversity of immune-related genes, invertebrates) (diversity of immune-related genes, invertebrat

19、es)Zhang, S. M.et al. 2004. Science 305:251-254 Zhang, S. M.et al. 2004. Science 305:251-254 第23頁/共30頁第二十三頁，共30頁。細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡(dio wn) caspase (PjCaspase) 上調(diào)表達(dá)上調(diào)表達(dá)PjCaspasePjCaspase：對蝦細(xì)胞凋亡必需：對蝦細(xì)胞凋亡必需(bx)(bx)蛋白蛋白D C I 2008, 32: 706-715 RNAiRNAi過量過量(gu(guling)ling)表達(dá)表達(dá)病毒定量病毒定量第24頁/共30頁第二十四頁，共30頁。PjCaspase基因基因(jyn)多樣性多樣性無組織無組織(zzh)(zzh)特特異性異性 無個體特異性無個體特異性cDNAcDNA基因組基因組DNADNA可能可能(knng)單拷單拷貝貝第25頁/共30頁第二十五頁，共30頁。基因序列多樣性的意義基因序列多樣性的意義? ?不同的分子抵抗不同的病原不同的分子抵抗不同的病原(bngyun)(bngyun)關(guān)鍵基因關(guān)鍵基因RNAi: RNAi: 片段片段(pin dun)3(pin dun)3與抗病毒有關(guān)系（編碼區(qū)）與抗病毒有關(guān)系（編碼區(qū)）第26頁/共30頁第二十六頁，共30頁。RNAiRNAi抑制抑制(yzh)PjCaspase(yzh)PjCaspase（