高迁移率族核小体结合蛋白及其应用潜能

高迁移率族核小体结合蛋白(High-mobility group nucleosome-binding proteins,HMGN)几乎存在于所有哺乳动物和多数脊椎动物的细胞核中,属于HMG蛋白家族。HMGN是现在唯一已知的特异性结合在核小体上的非组蛋白,能够改变染色质的结构、增强染色质模板的转录/复制,参与DNA复制/表达、细胞分化、器官发育及基因表达调控等细胞的生命活动。目前,HMGN包括HMGN1、HMGN2、HMGN3、HMGN4和HMGN5。研究显示,HMGN1据其所在位置的不同,有着截然不同的功能。在细胞核内,HMGN1作为一种特殊定位的生物蛋白,与核小体直接结合而调节基因的转录和影响染色质的结构;在细胞外环境,HMGN1通过toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)促进抗原提呈细胞(Antigen-presenting cells,APCs)的活化和补充,从而促进特定抗原免疫应答。警报素(Alarmins)是一种内源性介质,当机体受到危险信号刺激时,它能快速的释放到细胞外,招募并激活APCs增强特异性免疫和非特异性免疫反应。认识HMGN及其作用对其在多方面的应用有重要意义。     

干扰素通过上调BAX蛋白表达诱导肝癌细胞凋亡的研究

[目的]探讨干扰素(IFN)体外诱导肝癌细胞凋亡及其相关基因表达的作用。[方法]不同浓度的干扰素(IFN)处理肝癌细胞系CBRH-7919细胞不同时间后,光学显微镜下观察其形态学改变,用琼脂糖凝胶电泳检测作用不同时间干扰素对其细胞凋亡的影响,利用细胞免疫组化技术检测不同作用时间下BAX蛋白表达量的变化。[结果]干扰素作用肝癌细胞后,可看到较为典型的细胞凋亡形态学变化:细胞体积缩小,变形,细胞膜完整;细胞核固缩,染色质凝集,核碎裂,染色质片段化,凋亡小体形成等。琼脂糖凝胶电泳测得随着干扰素浓度的增高,出现典型的DNA LADDER。随着时间的增加BAX蛋白表达量出现增加,尤以48 h较明显。[结论]IFN可以诱导肝癌细胞凋亡,可能是由于IFN上调了BAX蛋白的表达,从而增强了自身对肝癌细胞的凋亡作用。     

Control of the reversibility of cellular quiescence by the transcriptional repressor HES1

The mechanisms by which quiescent cells, including adult stem cells, preserve their ability to resume proliferation after weeks or even years of cell cycle arrest are not known. We report that reversibility is not a passive property of nondividing cells, because enforced cell cycle arrest for a period as brief as 4 days initiates spontaneous, premature, and irreversible senescence. Increased expression of the gene encoding the basic helix-loop-helix protein HES1 was required for quiescence to be reversible, because HES1 prevented both premature senescence and inappropriate differentiation in quiescent fibroblasts. In some human tumors, the HES1 pathway was activated, which allowed these cells to evade differentiation and irreversible cell cycle arrest. We conclude that HES1 safeguards against irreversible cell cycle exit both during normal cellular quiescence and pathologically in the setting of tumorigenesis.     

A histone acetyltransferase regulates active DNA demethylation in Arabidopsis

Active DNA demethylation is an important part of epigenetic regulation in plants and animals. How active DNA demethylation is regulated and its relationship with histone modification patterns are unclear. Here, we report the discovery of IDM1, a regulator of DNA demethylation in Arabidopsis. IDM1 is required for preventing DNA hypermethylation of highly homologous multicopy genes and other repetitive sequences that are normally targeted for active DNA demethylation by Repressor of Silencing 1 and related 5-methylcytosine DNA glycosylases. IDM1 binds methylated DNA at chromatin sites lacking histone H3K4 di- or trimethylation and acetylates H3 to create a chromatin environment permissible for 5-methylcytosine DNA glycosylases to function. Our study reveals how some genes are indicated by multiple epigenetic marks for active DNA demethylation and protection from silencing.     

TGF-β/Smad信号通路在Follistatin调节鸭骨骼肌卫星细胞增殖过程中的作用机制

【目的】卵泡抑素（Follistatin）能够调节骨骼肌肥大和脂肪沉积,可促进骨骼肌卫星细胞增殖。拟采用体外重组 Follistatin处理增殖期的鸭骨骼肌卫星细胞,阐明TGF-β/Smad信号通路在Follistatin调节鸭骨骼肌卫星细胞增殖过程中的作用机制。【方法】以孵化14 d的鸭胚为试验材料,采用差速贴壁的方法分离骨骼肌卫星细胞,待细胞长到70%-80%时,将培养基换成含有浓度分别为0、1、10、100 ng·mL^-1的Follistatin培养基,继续培养36 h后,采用CCK-8检测骨骼肌卫星细胞增殖情况;使用抗pax7抗体染色,DAPI染核,鉴定骨骼肌卫星细胞;采用real-time qPCR方法检测Follistatin对骨骼肌卫星细胞增殖过程中的标记基因PCNA、生肌因子基因MyoD和TGF-β信号通路中TGF-β、Smad2和Smad3的表达的影响。【结果】在倒置显微镜下观察,传代培养12 h鸭骨骼肌细胞一部分未贴壁呈圆形,一部分贴壁呈梭形。24 h后细胞全部贴壁,细胞略有变长。2 d后细胞继续增多,且呈长梭形。3 d后细胞数目增加,个别细胞融合。4 d后细胞数目进一步增加,细胞变粗,个别细胞融合。5 d后有少量细胞开始分化,细胞进一步融合。Pax7免疫荧光染色分析显示,95%以上的细胞中Pax7呈阳性表达;CCK-8检测细胞增殖分析表明,不同浓度的Follistatin处理鸭骨骼肌卫星细胞后,各处理组细胞增殖均显著高于对照组(P＜0.01),且10 ng·mL^-1 Follistatin处理鸭骨骼肌卫星细胞增殖效果最明显,为最佳处理浓度;与对照组相比,10 ng·mL^-1 Follistatin处理组的MyoD基因表达量显著下降(P＜0.05),PCNA基因表达量显著升高(P＜0.05),Myf5基因表达量显著升高,TGF-β和Smad2基因表达显著升高(P＜0.05),且Smad3基因表达量极限著升高(P＜0.01);Western blotting检测蛋白表达水平结果表明,与对照组相比,TGF-β、Smad2 和Smad3磷酸化水平也显著升高。【结论】10 ng·mL^-1 Follistatin能显著促进鸭骨骼肌卫星细胞增殖,这一过程可通过TGF-β/Smad信号通路实现。使用最佳Follistatin处理浓度能够显著促进鸭骨骼肌卫星细胞增殖,该研究为鸭骨骼肌生长发育调控机理研究奠定分子基础。     

慢病毒介导的CRISPR/Cas9技术编辑PFF细胞BMPR-IB基因及BMPs信号通路重要基因表达分析

【目的】利用慢病毒介导的CRISPR/Cas9基因组编辑技术获得编辑BMPR-IB（bone morphogenetic protein receptor, type IB）基因的猪胎儿成纤维细胞（pig fetal fibroblasts, PFF）,并研究该基因被编辑后对骨形态发生蛋白（bone morphogenetic proteins, BMPs）信号通路中重要功能基因表达的影响。【方法】针对猪的BMPR-IB基因的外显子8,利用在线软件http://crispr.mit.edu获得了21条sgRNAs（single-guide RNAs）序列;得分最高的sgRNA与互补序列（包含接头）退火成双链后连接入线性化的lentiCRISPR v2质粒以获得打靶质粒,打靶质粒与包装质粒psPAX2和pCMV-VSV-G按5﹕4﹕1质量比混合后通过293T细胞包装慢病毒。慢病毒溶液经0.45 μm滤膜回收后与PFF细胞培养液按照1﹕1混合、并加入聚凝胺（polybrene）至终浓度为6 μg·mL^-1,在1 000 g转速、32℃下离心感染PFF细胞1 h。感染3 d后,细胞在含3.5 μg·mL^-1嘌呤霉素的培养液中筛选6-7 d,最终获得编辑BMPR-IB基因的PFF细胞克隆群。针对编辑（打靶）细胞,首先通过T7E1酶切检测突变体,初步判断打靶效率,再通过PCR、PCR-TA克隆分析细胞的编辑及脱靶情况。利用RT-PCR检测编辑和对照组细胞中与BMPs信号通路相关的重要基因的表达情况;Western blotting检测编辑细胞与对照组细胞中BMPR-IB基因的蛋白表达量。利用Cell Counting Kit-8（CCK-8）试剂盒检测编辑细胞及对照组细胞的增殖能力。【结果】T7E1酶切及PCR测序均证实PFF细胞成功打靶目标DNA区域;TA克隆测序表明目标区域发生了插入与缺失突变,突变率为70%。针对20个潜在的脱靶位点的TA克隆测序结果表明,仅1个位点出现了10%（2/20）的脱靶情况。RT-PCR结果显示,打靶细胞与对照组细胞相比,BMPR-IB、CylinD2、Cdk2和Bcl2基因的表达量均极显著下降（P < 0.01）。Western blotting结果显示,打靶细胞BMPR-IB基因的表达量较对照组细胞降低62%。CCK-8检测试验表明,同一代细胞中,打靶PFF的增殖能力极显著低于对照组细胞（P < 0.01）;打靶细胞中,随着传代的（P5、P7和P9）增加其增殖能力极显著下降（P < 0.01）,而对照组细胞不同代次间细胞增殖能力无显著差异（P > 0.05）;打靶PFF的增殖能力不受嘌呤霉素筛选的影响。【结论】慢病毒介导的CRISPR/Cas9技术可针对PFF细胞快速高效地实现基因编辑;在BMPR-IB基因编辑细胞中,BMPs通路重要功能基因的表达量显著下降,该基因对PFF细胞的增殖有重要的调节作用。     

miR-31-5p对山羊毛囊干细胞增殖和凋亡的影响

【目的】长江三角洲白山羊是我国及世界上唯一能生产优质笔料毛的山羊品种,课题组前期转录组测序结果表明：在优质笔料毛与非优质笔料毛个体皮肤组织中,MAP3K1的表达水平存在显著差异。探究优质笔料毛性状形成过程中与MAP3K1相互作用的关键miRNAs及其对山羊毛囊干细胞增殖和凋亡的影响,为长江三角洲白山羊的分子选育提供理论依据。【方法】通过生物信息学网站（StrBase、miRDB、TargetScan、miRWalk、DAVID、KEGG、RNAhybrid）预测、筛选与MAP3K1具有靶向关系的miRNAs,利用在线网站Venny 2.1绘制韦恩图。通过构建miR-31-5p过表达载体,MAP3K1、RASA1野生型和突变型双荧光素酶报告基因载体,验证miR-31-5p与MAP3K1、RASA1之间的靶向关系,并结合qPCR和Western Blot技术检测过表达后miR-31-5p对MAP3K1、RASA1 mRNA和蛋白表达水平的影响。为探究过表达miR-31-5p后对细胞增殖、凋亡的影响,分析了转染miR-31-5p后毛囊干细胞内增殖相关基因（PCNA, CDK1, CCND2）、抗凋亡基因（Bcl-2）和促凋亡基因（Bax）的mRNA和蛋白表达水平;同时结合CCK-8,EdU,流式细胞术等方法验证过表达miR-31-5p对毛囊干细胞活力、细胞周期以及凋亡的影响。【结果】通过数据库共同预测到3个可能与MAP3K1相作用的miRNAs,结合现有miRNAs在皮肤和毛囊细胞上研究,最终选用评分相对较高的miR-31-5p作为研究对象。转染miR-31-5p后检测细胞内的miR-31-5p的相对表达量,发现miR-31-5p表达含量极显著高于对照组及空白载体组（P<0.01）;双荧光素酶报告基因结果显示过表达miR-31-5p可促使MAP3K1活性升高（P<0.01）,结合TargetScan、KEGG数据库预测发现miR-31-5p可靶向MAPK信号通路中位于MAP3K1的上游抑制因子RASA1。过表达miR-31-5p抑制了RASA1的活性（P<0.01）;同时,qPCR及Western Blot表明：过表达miR-31-5p后显著抑制RASA1的mRNA和蛋白表达,促进了MAP3K1的表达（P<0.01）。CCK-8结果显示过表达miR-31-5p后提高了细胞增殖能力（P<0.01）,通过EdU染色发现过表达miR-31-5p后,EdU阳性细胞率显著高于空白组（P<0.01）,促进细胞增殖;细胞周期数据说明过表达miR-31-5p后, G1/G0期细胞所占比例为52.23%,显著低于Control组（56.81%,P<0.01）,减缓了G1/G0期细胞阻滞,而S期和G2/M期差异不显著,但仍有上升趋势。通过细胞凋亡试验发现过表达miR-31-5p组活细胞率为93.8%,总凋亡率为4.9%,而空白组活细胞率仅为90.1%,总凋亡率为8.41%,说明在过表达miR-31-5p后细胞凋亡率明显下降（P<0.05）;最后检测miR-31-5p对增殖和凋亡相关基因的影响,发现过表达miR-31-5p后显著提高了增殖相关基因、抗凋亡基因（Bcl-2）的mRNA和蛋白表达水平（P<0.05）,降低了促凋亡基因（Bax）的mRNA和蛋白表达水平。最终根据所研究出的结果绘制miR-31-5p在毛囊干细胞中的分子作用机制图。【结论】 miR-31-5p通过靶向抑制MAPK信号通路中的RASA1,上调MAP3K1表达水平,进而促进毛囊干细胞增殖并抑制其凋亡,为进一步阐明调控长江三角洲白山羊优质笔料毛性状的分子形成机制提供理论依据。     

Secondary structure of histones and DNA in chromatin

Laser Raman spectroscopy indicates that the inner histones which are bound to DNA in chromatin or in isolated nu bodies are similar in conformation to the inner histones which are dissociated from DNA in high-salt solutions. This structure contains, on the average, 51+/-5% alpha-helix and no substantial beta-sheet conformation. It is proposed that the protein core of the nu body has a high alpha-helix content.     

表达载体pCAGGS显著增强禽流感DNA疫苗的免疫保护效果

【目的】将A/Goose/GuangDong/1/96(H5N1)[GD/1/96(H5N1)]的HA基因插入鸡β-actin启动子高效真核表达载体pCAGGS，构建了DNA疫苗质粒pCAGGHA5，以提高H5亚型禽流感DNA疫苗的表达水平和免疫保护效果。【方法】将pCAGGHA5和表达GD/1/96(H5N1)HA基因的质粒pCIHA5通过间接免疫荧光法和Western-blot分析检测转染293T细胞后瞬时表达的HA抗原蛋白，随之将pCAGGHA5及pCIHA5分别以100 ?g和10 ?g剂量一次免疫3周龄SPF鸡，4周后用100 LD50的HPAIV GD/1/96(H5N1)鼻腔途径进行攻击。【结果】间接免疫荧光法和Western-blot分析表明2种表达质粒均可正确表达H5亚型HA抗原蛋白，载体pCAGGS表达水平显著高于载体pCI；免疫SPF鸡后，100?g pCAGGHA5可形成5/5的免疫保护，100?g pCIHA5可形成2/4的免疫保护，10?g pCAGGHA5可形成对免疫鸡5/5的免疫保护，而10?g pCIHA5 则基本不能形成免疫保护，pCAGGHA5诱导的HI抗体水平远远高于pCIHA5。【结论】鸡β-actin启动子表达载体pCAGGS可显著提高HA基因体外表达水平和H5亚型禽流感DNA疫苗诱导的保护性抗体免疫反应水平，增强免疫保护效果。     

Chromatin docking and exchange activity enhancement of RCC1 by histones H2A and H2B

The Ran guanosine triphosphatase (GTPase) controls nucleocytoplasmic transport, mitotic spindle formation, and nuclear envelope assembly. These functions rely on the association of the Ran-specific exchange factor, RCC1 (regulator of chromosome condensation 1), with chromatin. We find that RCC1 binds directly to mononucleosomes and to histones H2A and H2B. RCC1 utilizes these histones to bind Xenopus sperm chromatin, and the binding of RCC1 to nucleosomes or histones stimulates the catalytic activity of RCC1. We propose that the docking of RCC1 to H2A/H2B establishes the polarity of the Ran-GTP gradient that drives nuclear envelope assembly, nuclear transport, and other nuclear events.     

Regulation of replication fork progression through histone supply and demand

DNA replication in eukaryotes requires nucleosome disruption ahead of the replication fork and reassembly behind. An unresolved issue concerns how histone dynamics are coordinated with fork progression to maintain chromosomal stability. Here, we characterize a complex in which the human histone chaperone Asf1 and MCM2-7, the putative replicative helicase, are connected through a histone H3-H4 bridge. Depletion of Asf1 by RNA interference impedes DNA unwinding at replication sites, and similar defects arise from overproduction of new histone H3-H4 that compromises Asf1 function. These data link Asf1 chaperone function, histone supply, and replicative unwinding of DNA in chromatin. We propose that Asf1, as a histone acceptor and donor, handles parental and new histones at the replication fork via an Asf1-(H3-H4)-MCM2-7 intermediate and thus provides a means to fine-tune replication fork progression and histone supply and demand.     

逆转座子LINE-1在基因组中的调控作用

近年来研究发现真核生物基因组中的许多重复序列以及基因的内含子参与基因表达的调控。在这些重复序列中,有一种广泛分布于基因组中的逆转座子LINE-1,目前发现其对细胞的增殖与分化以及肿瘤的发生起着非常重要的作用,具体表现为影响基因的转录及整个基因组的稳定性、参与X染色体失活及基因组进化等。在正常细胞的分化调控中,基因的激活与沉默具有时间与空间的特异性,实现其“预定”的、有序的、不可逆转的分化过程。主要阐述了逆转座子LINE-1的结构特征和其在基因组中的调控作用及这些作用影响基因表达从而调节生物体的生命活动。研究LINE-1的调控机制对认识细胞的时空调控以及癌症的发生与发展具有重要的价值。     

Proliferation, but not growth, blocked by conditional deletion of 40S ribosomal protein S6

Because ribosome biogenesis plays an essential role in cell proliferation, control mechanisms may have evolved to recognize lesions in this critical anabolic process. To test this possibility, we conditionally deleted the gene encoding 40S ribosomal protein S6 in the liver of adult mice. Unexpectedly, livers from fasted animals deficient in S6 grew in response to nutrients even though biogenesis of 40S ribosomes was abolished. However, liver cells failed to proliferate or induce cyclin E expression after partial hepatectomy, despite formation of active cyclin D-CDK4 complexes. These results imply that abrogation of 40S ribosome biogenesis may induce a checkpoint control that prevents cell cycle progression.