现代分子生物学DNA学习教案

1、会计学1现代现代(xindi)分子生物学分子生物学DNA第一页，共30页。DNADNA研究进展研究进展- -简介简介(jin ji)(jin ji)Progress in DNA Progress in DNA researchresearch第2页/共30页第二页，共30页。一、表观遗传学一、表观遗传学二、二、DNADNA修复修复(xif)(xif)三、基因序列多样性三、基因序列多样性第3页/共30页第三页，共30页。表观遗传学（表观遗传学（epigenomicsepigenomics）：基因）：基因(jyn)(jyn)序列不改变，可遗传的表型变化序列不改变，可遗传的表型变化一、表观一、表观

2、(bio un)(bio un)遗传学遗传学 epigenomics epigenomics第4页/共30页第四页，共30页。染色质重塑复合物：依靠水解染色质重塑复合物：依靠水解ATPATP提供能量来完成提供能量来完成(wn chng)(wn chng)染色质结染色质结构的改变，构的改变， 根据水解根据水解ATPATP的亚基不同，可将复合物分为的亚基不同，可将复合物分为SWI/SNFSWI/SNF复合物、复合物、ISWISW 复合物以及其它类型的复合物。这些复合物及相关的蛋白均与转复合物以及其它类型的复合物。这些复合物及相关的蛋白均与转 录的激活和抑制、录的激活和抑制、DNADNA的甲基化、的

3、甲基化、DNADNA修复及细胞周期相关。修复及细胞周期相关。 第5页/共30页第五页，共30页。DNADNA甲基化（甲基化（ DNA methylation DNA methylation ）：）： 在在DNADNA甲基化转移酶的作用下，主要是基因组甲基化转移酶的作用下，主要是基因组CpGCpG二核苷二核苷 酸的胞嘧啶酸的胞嘧啶55碳位共价键结合一个碳位共价键结合一个(y )(y )甲基基团甲基基团第6页/共30页第六页，共30页。DNADNA复制相关复制相关-组蛋白修饰组蛋白修饰(DNA replication-histone)(DNA replication-histone)乙酰化、去乙酰

4、化（乙酰化、去乙酰化（acelation/deacelationacelation/deacelation）：乙酰化转移酶）：乙酰化转移酶(HATs)(HATs) 主要在组蛋白主要在组蛋白H3H3、H4H4的的N N端尾上的赖氨酸加上乙酰基，去乙酰化端尾上的赖氨酸加上乙酰基，去乙酰化 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）：组蛋白甲基化主要发生在）：组蛋白甲基化主要发生在

5、H3H3和和H4H4组蛋白组蛋白N N端端 Arg Arg或或LysLys残基上，功能主要体现在异染色质形成、基因印记、残基上，功能主要体现在异染色质形成、基因印记、X X染染 色体失活和转录调控色体失活和转录调控(dio kn)(dio kn)方面方面第7页/共30页第七页，共30页。基因组印记（基因组印记（ genomic impriting genomic impriting ）：）： 来自父方和母方的等位基因在通过精子和卵子传递给子来自父方和母方的等位基因在通过精子和卵子传递给子 代时发生了修饰代时发生了修饰(xish)(xish)，使带有亲代印记的等位基因具有不同，使带有亲代印记的等

6、位基因具有不同 的表达特性，这种修饰的表达特性，这种修饰(xish)(xish)常为常为DNADNA甲基化修饰甲基化修饰(xish)(xish)，也包括组，也包括组 蛋白乙酰化、甲基化等修饰蛋白乙酰化、甲基化等修饰(xish)(xish)第8页/共30页第八页，共30页。X X染色体失活（染色体失活（X chromosome inactivation X chromosome inactivation ）女性有两条女性有两条X X染色体，男性染色体，男性(nnxng)(nnxng)只有一条只有一条X X染色体，为保持染色体，为保持平衡，女平衡，女性的一条性的一条X X染色体被永久失活，即染色体

7、被永久失活，即“剂量补偿剂量补偿”效应效应 父本父本X X染色体在所有的早期胚胎细胞中失活，表现为整个染色体染色体在所有的早期胚胎细胞中失活，表现为整个染色体的组蛋白被修饰和对细胞分裂有抑制作用的的组蛋白被修饰和对细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)表达，然后表达，然后XpXp在内细胞群又选择性恢复活性在内细胞群又选择性恢复活性，最后父本或母本最后父本或母本X X染色体再随机失活。染色体再随机失活。第9页/共30页第九页，共30页。功能性非编码功能性非编码RNARNA

8、（non-coding RNAnon-coding RNA）：）： 长链非编码长链非编码RNARNA（long strain non-coding RNAlong strain non-coding RNA）：在基因簇以至）：在基因簇以至 于整个染色体水平于整个染色体水平(shupng)(shupng)发挥顺式调节作用，还具有反式调节的发挥顺式调节作用，还具有反式调节的 作用作用短链短链RNARNA（short strain non-coding RNAshort strain non-coding RNA）：在基因组水平）：在基因组水平(shupng)(shupng)对基对基 因表达进行调控

9、因表达进行调控第10页/共30页第十页，共30页。DNADNA骨架的硫修饰（骨架的硫修饰（sulfur modification of DNA backbonesulfur modification of DNA backbone）：）：从植物致病菌到人类病原菌，从好氧菌到厌氧菌，广泛多样性从植物致病菌到人类病原菌，从好氧菌到厌氧菌，广泛多样性硫修饰是自然微生物硫修饰是自然微生物DNADNA骨架广泛存在又非常独特的生理修饰骨架广泛存在又非常独特的生理修饰DNADNA硫修饰微生物的分布与特定的海洋区域、海洋深度硫修饰微生物的分布与特定的海洋区域、海洋深度(shnd)(shnd)相关相关第11页/

10、共30页第十一页，共30页。二、二、DNADNA修复修复(xif)(xif)（DNA repairingDNA repairing）DNA修复：细胞对内外诱变因素造成的修复：细胞对内外诱变因素造成的DNA损伤和复制过程中发生损伤和复制过程中发生 非标准碱基的参入，以及碱基错配所造成的非标准碱基的参入，以及碱基错配所造成的DNA结构和结构和 序列错误的一种纠正功能和过程序列错误的一种纠正功能和过程所有所有(suyu)细胞都具有特定的细胞都具有特定的DNA修复酶系统以确保遗传信息的正常流动修复酶系统以确保遗传信息的正常流动第12页/共30页第十二页，共30页。DNADNA损伤损伤(snshng)(

11、snshng)原因（原因（DNA damage results fromDNA damage results from）DNADNA损伤损伤(snshng)(snshng)类型（类型（types of DNA damagetypes of DNA damage）第13页/共30页第十三页，共30页。DNADNA修复修复(xif)(xif)机制（机制（mechanism of DNA repairmechanism of DNA repair）直接直接(zhji)(zhji)修复修复(direct repair)(direct repair)第14页/共30页第十四页，共30页。切除切除(qic

12、h)(qich)修复修复(excision repair)(excision repair)第15页/共30页第十五页，共30页。错配修复错配修复(mismatch repair)(mismatch repair)识别出正确的链（母链甲基化），切除掉不正确的部分，然后通过识别出正确的链（母链甲基化），切除掉不正确的部分，然后通过DNADNA聚合酶和聚合酶和DNADNA连接酶，合成正确配对的双链连接酶，合成正确配对的双链DNADNA主要用来纠正主要用来纠正DNADNA双螺旋上错配的碱基对，还能双螺旋上错配的碱基对，还能修复一些因复制打滑而产生修复一些因复制打滑而产生(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页/共30页第十六页，共30页。双链断裂修复双链断裂修复(xif)(double strain break repair)(xif)(double strain break repair)第17页/共30页第十七页，共30页。在在DNADNA损伤时，缺乏校对功能的损伤时，缺乏校对功能的DNADNA聚合酶常在受损部位进行聚合酶常在受损部位进行DNADNA复制以避免细胞死亡，但同时复制以避免细胞死亡，但同时(tngsh)(tngsh)又导致较高的差错率的修复方式又导致较高的差错率的修复方式由高水平的由高水平的DNADNA损伤引

14、起的多种基因的协同诱导作用，也叫损伤引起的多种基因的协同诱导作用，也叫SOS SOS responseresponse（SOS SOS 应答）应答）易错修复易错修复(xif)(error-prone repair)(xif)(error-prone repair)第18页/共30页第十八页，共30页。重组重组(zhn z)(zhn z)修复修复(recombinational repair)(recombinational repair)复制含有嘧啶二聚体或其它结构损伤的复制含有嘧啶二聚体或其它结构损伤的DNADNA，当复制到损伤的部位时，子代当复制到损伤的部位时，子代DNADNA链中与损链中

15、与损伤部位相对应的部位出现缺口，新合成的伤部位相对应的部位出现缺口，新合成的子链比未损伤的子链比未损伤的DNADNA链要短一些。完整的母链要短一些。完整的母链与有缺口的子链重组，缺口由母链来的链与有缺口的子链重组，缺口由母链来的核苷酸片段弥补。合成重组后，母链中的核苷酸片段弥补。合成重组后，母链中的缺口通过缺口通过(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，然后由连接酶使新片段与旧链联结，片段，然后由连接酶使新片段与旧链联结，重组修复完成重组修复完成 第19页/共30页第十九页，共30页。第20页/共30页第二十页，共30页。三、基因三、基因(

16、jyn)(jyn)序列多样性序列多样性(gene sequence diversity)(gene sequence diversity)基因基因(jyn)(jyn)序列多样性序列多样性(gene sequence diversity)(gene sequence diversity)异构体（异构体（isoformsisoforms）第21页/共30页第二十一页，共30页。免疫免疫(miny)(miny)球蛋白基因的多样性球蛋白基因的多样性(diversity of Ig gene)(diversity of Ig gene) (vetebrates) (vetebrates)1. 1. 胚胎

17、细胞的胚胎细胞的V-JV-J或或V-D-JV-D-J重排重排 抗体多样性的主要来源抗体多样性的主要来源2. 2. 基因重组的连接变异性基因重组的连接变异性V V、D D、J J重组连接时，识别序列的丢失或位移，增加多样性重组连接时，识别序列的丢失或位移，增加多样性N N区的变化：在接头末端减少或增加多达区的变化：在接头末端减少或增加多达15nt15nt连接重组：连接重组：V V、D D、J J连接时发生重组连接时发生重组3. 3. 体细胞基因突变体细胞基因突变基因片段重排后，发生体细胞基因片段重排后，发生体细胞ntnt点突变点突变, ,一般不发生在一般不发生在IgMIgM体细胞突变与免疫体细胞

18、突变与免疫(miny)(miny)应答过程有关，第二或三次抗原刺激，变应答过程有关，第二或三次抗原刺激，变 异更大，大部分在异更大，大部分在CDR1CDR1和和CDR2CDR2，随机体细胞突变后，提，随机体细胞突变后，提 高抗体亲和力的突变被选择高抗体亲和力的突变被选择第22页/共30页第二十二页，共30页。无脊椎动物：免疫无脊椎动物：免疫(miny)(miny)相关基因序列多样性相关基因序列多样性 (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页/共30页第二十三页，共30页。细胞凋亡细胞凋亡(dio wn) caspase (PjCaspase) 上调表达上调表达PjCaspasePjCaspase：对虾细胞凋亡必需：对虾细胞凋亡必需(bx)(bx)蛋白蛋白D C I 2008, 32: 706-715 RNAiRNAi过量过量(gu(guling)ling)表达表达病毒定量病毒定量第24页/共30页第二十四页，共30页。PjCaspase基因基因(jyn)多样性多样性无组织无组织(zzh)(zzh)特特异性异性 无个体特异性无个体特异性cDNAcDNA基因组基因组DNADNA可能可能(knng)单拷单拷贝贝第25页/共30页第二十五页，共30页。基因序列多样性的意义基因序列多样性的意义? ?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)关键基因关键基因RNAi: RNAi: 片段片段(pin dun)3(pin dun)3与抗病毒有关系（编码区）与抗病毒有关系（编码区）第26页/共30页第二十六页，共30页。RNAiRNAi抑制抑制(yzh)PjCaspase(yzh)PjCaspase（