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DNA甲基化与基因表达

作者:生命科学事业部时间:2019-12-14 20:27:46浏览1622 次

信息摘要:

DNA甲基化是最早发现的修饰途径之一,可能存在于所有高等生物中。DNA甲基化能关闭某些基因的活性,去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。

DNA甲基化与基因表达
DNA甲基化是最早发现的修饰途径之一,可能存在于所有高等生物中。DNA甲基化能关闭某些基因的活性,去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。
1.DNA甲基化的主要形式
5-甲基胞嘧啶,N6-甲基腺嘌呤和7-甲基鸟嘌呤。在真核生物中,5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG和CpXpG中,原核生物中CCA/TGG和GATC也常被甲基化。
真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性:一种被称为日常型(mainte-nance)甲基转移酶,另一种是两种甲基化酶从头合成(denovo synthesis)甲基转移酶。前者主要在甲基化母链(模板链)指导下使处于半甲基化的DNA双链分子上与甲基胞嘧啶相对应的胞嘧啶甲基化。日常型甲基转移酶常常与DNA内切酶活性相耦联,有3种类型。II类酶活性包括内切酶和甲基化酶两种成分,而I类和III类都是双功能酶,既能将半甲基化DNA甲基化,又能降解外源无甲基化DNA。

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由于甲基化胞嘧啶极易在进化中丢失,所以,高等真核生物中CG序列远远低于其理论值。哺乳类基因组中约存在4万个CG islands,大多位于转录单元的5'区。

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没有甲基化的胞嘧啶发生脱氨基作用,就可能被氧化成为U,被DNA修复系统所识别和切除,恢复成C。已经甲基化的胞嘧啶发生脱氨基作用, 它就变为T, 无法被区分。因此, CpG序列极易丢失。

 二、 蛋白质磷酸化与基因表达
蛋白质的磷酸化反应是指通过酶促反应把磷酸基团从一个化合物转移到另一个化合物上的过程,是生物体内存在的一种普遍的调节方式,在细胞信号的传递过程中占有极其重要的地位。

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已经发现在人体内有多达2000个左右的蛋白质激酶和1000个左右的蛋白质磷酸酶基因。蛋白质的磷酸化是指由蛋白质激酶催化的把ATP或GTP上γ位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过程,其逆转过程是由蛋白质磷酸酶催化的,称为蛋白质脱磷酸化。

1. 蛋白质磷酸化在细胞信号转导中的作用
(1). 在胞内介导胞外信号时具有专一应答特点。与信号传递有关的蛋白激酶类主要受控于胞内信使,如cAMP,Ca2+,DG(二酰甘油,diacyl glycerol)等,这种共价修饰调节方式显然比变构调节较少受胞内代谢产物的影响。
(2).蛋白质的磷酸化与脱磷酸化控制了细胞内已有的酶"活性"。与酶的重新合成及分解相比,这种方式能对外界刺激做出更迅速的反应。
(3).对外界信号具有级联放大作用;
(4).蛋白质的磷酸化与脱磷酸化保证了细胞对外界信号的持续反应。
被磷酸化的主要氨基酸残基:丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸。组氨酸和赖氨酸残基也可能被磷酸化。

 三、基因重排的分子机制
早在50年代,人们就认识到抗体分子的每一条链都是由高度多变的V区和相对不变的C区组成的,V区赋予抗体分子对抗原的特异性。抗体分子V区的多样性和C区的稳定性显然是矛盾的。Dreyer和 Bennett 于1965年提出假设,认为每条抗体链实际上至少由两个基因所编码,其中一个是恒定的,一个是可变的。
1983年,Tonegawa (Nature, 302:575-581)在对产生抗体的骨髓瘤及浆细胞瘤进行研究时发现,产生抗体的细胞中Ig基因结构与其它不合成抗体分子的细胞中的结构不一样。在所有物种中,胚系Ig基因的构成基本上相同。Ig重链和轻链(λ和κ链)基因座都由多个编码V区和C区蛋白质的基因组成,并被非编码的DNA所分隔。抗体分子由4条(两对)多肽链组成,包括两条相同的轻链(L-chain)和两条相同的重链(H-chain)。轻链和重链在相对分子质量上有较大差别,前者约2.3x104,后者则介于 5.3x104-7.0x104之间。 所有Ig分子都含有两类轻链中的一类,即κ型或λ型。Κ型和λ型轻链的恒定区和可变区的氨基酸序列是不同的。在小鼠中,95%的抗体轻链是κ型,而人类抗体轻链中,κ型和λ型各占50%左右。免疫球蛋白重链基因DNA重排以后,大量间隔序列被切除,使位于J-Cμ之间的增强子序列得以发挥作用,增强基因转录。


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