分子遺傳學(xué)復(fù)習(xí)題

分子遺傳學(xué)復(fù)習(xí)題名詞解釋：DNA甲基化（DNAmethylation）:是指由DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)，催化甲基基團從S-腺苷甲硫氨酸向胞嘧啶的C-5位點轉(zhuǎn)移的過程。ENCODE計劃(TheEncyclopediaofDNAElementsProject)：即“DNA元件百科全書計劃”，簡稱ENCODE計劃，是在完成人類基因組全序列測定后的2003年9月由美國國立人類基因組研究所（NationalHumanGenomeResearchInstitute，NHGRI）組織的又一個重大的國際合作計劃，其目的是解碼基因組的藍圖，鑒定人類基因組中已知的和還不知功能的多個物種的保守序列等在內(nèi)的所有功能元件。ENCODE計劃的實施分為3個階段：試點階段（apilotphase）、技術(shù)發(fā)展階段（atechnologydevelopmentphase）和生產(chǎn)階段（aproducttionphase）。gRNA(guideRNA)：既指導(dǎo)”RNA(gRNA，guideRNA)，能通過正常的堿基配對途徑，或通過G—U配對方式與mRNA上的互補序列配對，指導(dǎo)編輯的進行。GT--AG規(guī)律（GT-AGrule）：真核生物所有編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因，其RNA前體在內(nèi)含子和外顯子交界處有兩個較短的保守序列，內(nèi)含子的左端均為GT，右端均為AG，此規(guī)律稱GT-AG規(guī)律。miRNA：即小RNA，長度為22nt左右，5′端為磷酸基團、3′端為羥基。miRNA廣泛存在于真核生物中，不具有開放閱讀框架，不編碼蛋白質(zhì)，其基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是發(fā)夾狀結(jié)構(gòu)，在RNaseⅢ酶切后以雙鏈形式存在，是近幾年在真核生物中發(fā)現(xiàn)的一類具有調(diào)控功能的非編碼RNA，它們主要參與基因轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控。RNA編輯(RNAediting):是指通過堿基修飾、核苷酸插入或刪除以及核苷酸替換等方式改變RNA的堿基序列的轉(zhuǎn)錄后修飾方式。RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體（RNAInducedSilencingComplex，RISC）：與siRNA結(jié)合后可識別并切斷mRNA。RNA指導(dǎo)的DNA甲基化（RNADirectedDNAMethylationRDDM）：活性RISC進入核內(nèi)，指導(dǎo)基因發(fā)生DNA的甲基化。密碼子擺動假說（wobblehypothesis）：密碼子的第1，2位核苷酸（5’→3’）與反密碼子的第2，3核苷酸正常配對；密碼子的的第3位與反密碼子的第1位配對并不嚴謹，當反密碼子的第1位為U時可識別密碼子第3位的A或G，而G則可識別U或C，I（次黃嘌呤）可識別U或C或A。比較基因組學(xué)（comparativegenomics）：是一門通過運用數(shù)理理論和相應(yīng)計算機程序，對不同物種的基因組進行比較分析來研究基因組大小和基因數(shù)量、基因排列順序、編碼序列與非編碼序列的長度、數(shù)量及特征以及物種進化關(guān)系等生物學(xué)問題的學(xué)科。表觀遺傳變異（epigeneticvariation）:基因的堿基序列未發(fā)生改變，而是由于DNA甲基化，組蛋白的乙?；蚏NA編輯等修飾導(dǎo)致基因活性發(fā)生了變化，使基因決定的表型發(fā)生變化，且可遺傳少數(shù)世代，但這種變化是可逆的。超基因家族（supergenefamily）：是DNA序列相似，但功能不一定相關(guān)的若干個單拷貝基因或若干組基因家族的總稱。沉默子（silencer）：一種轉(zhuǎn)錄負調(diào)控元件，當其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。特點很象增強子，但不增強轉(zhuǎn)錄，而是減弱轉(zhuǎn)錄，故稱負增強子。代謝組學(xué)(metabolomics)：是對某一生物或細胞在一特定生理時期內(nèi)所有低分子量代謝產(chǎn)物同時進行定性和定量分析的一門新學(xué)科。端粒(telomere)：是由獨特的DNA序列及相關(guān)蛋白質(zhì)組成的線性真核染色體的末端結(jié)構(gòu)，它具有防止末端基因降解、染色體末端間的粘連和穩(wěn)定染色體末端及其精確復(fù)制等功能。反向遺傳學(xué)（reversegenetics）：是從改變某個感興趣的基因或蛋白質(zhì)入手，然后去尋找相關(guān)的表型變化。反轉(zhuǎn)座子（retroposon）或“反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（retrotransposon）”:先轉(zhuǎn)錄為RNA再反轉(zhuǎn)錄成DNA而進行轉(zhuǎn)座的遺傳元件。核酶（ribozyme）:具有催化活性的RNA,即化學(xué)本質(zhì)是核糖核酸(RNA),卻具有酶的催化功能。核酶的作用底物可以是不同的分子,有些作用底物就是同一RNA分子中的某些部位。核心啟動子（corepromoter）：是指在體外測定到的由RNApolⅡ進行精確轉(zhuǎn)錄起始所要求的最低限度的一套DNA序列元件。化學(xué)基因組學(xué)(chemogenomics)：它是作為后基因組時代的新技術(shù),是聯(lián)系基因組和新藥研究的橋梁和紐帶。它指的是使用對確定的靶標蛋白高度專一的小分子化合物來進行基因功能分析和發(fā)現(xiàn)新的藥物先導(dǎo)化合物?；蚪M印跡(genomicimprinting):也稱作基因印跡(geneimpringting)，是一種新發(fā)現(xiàn)的非孟德爾遺傳現(xiàn)象，指來自雙親的某些等位基因在子代中呈現(xiàn)差異性表達的現(xiàn)象。程序性細胞死亡/凋亡（programmedcelldeath/apoptosis)：細胞應(yīng)答一類刺激劑，引起一連串特征性的反應(yīng)，從而啟動導(dǎo)致細胞死亡的途經(jīng)。焦磷酸化編輯（pyrophosphorolyticediting）：RNA聚合酶通過PPi的摻入（聚合反應(yīng)的逆反應(yīng)）去除錯誤加入的核苷酸，然后加入正常的核苷酸，雖然這種編輯不能區(qū)分正常和錯誤的核苷酸，但由于轉(zhuǎn)錄在錯誤加入核苷酸后停留時間過長，而對其有優(yōu)先校正功能。酵母雙雜交(yeasttwo-hybrid)：利用雜交基因通過激活報道基因的表達探測蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)間的相互作用。亮氨酸拉鏈（leucinezipper）：是由伸展的氨基酸組成，每7個氨基酸中的第7個氨基酸是亮氨酸，亮氨酸是疏水性氨基酸，排列在α-螺旋的一側(cè)，所有帶電荷的氨基酸殘基排在另一側(cè)。當2個蛋白質(zhì)分子平行排列時，亮氨酸之間相互作用形成二聚體，形成“拉鏈”。密碼子使用的偏好（relativesynonymouscodonusage，RSCU）：編碼同一氨基酸的各個密碼子的使用頻率在不同生物中并不相同，也不與該氨基酸在整個蛋白質(zhì)中的頻率成正比，這也就是密碼子使用的偏好現(xiàn)象，該現(xiàn)象可影響基因表達的效率。母系印跡(maternalimprinting):來自母本的等位基因（母源等位基因）不表達，而父源等位基因表達的現(xiàn)象。母性基因（maternalgene)：母體卵子發(fā)生時所表達的基因，母性體細胞基因是在母性體細胞中表達，而母性胚系基因則在生殖細胞中表達（如卵母細胞）。染色質(zhì)重塑(chromatinremodeling):是表觀遺傳修飾中一種常見的方式，是指導(dǎo)致整個細胞分裂周期中染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和位置改變的過程。染色質(zhì)重塑因子（chromatinremodelingfactor）:依靠水解ATP提供能量來完成染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變。染色質(zhì)重塑因子在組成及功能上不同，但都包含類Snf2超家族的ATP酶亞基增強子（enhancer）：該DNA序列可增加與其連鎖基因轉(zhuǎn)錄的頻率。增強子多位于基因的5’端，但也可位于基因的3’端，甚至基因的內(nèi)含子中。無位置及方向性，但可能有組織細胞特異性，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10～200倍，有的甚至可以高達上千倍。甚至遠離靶基因達幾千kb也仍有增強作用。轉(zhuǎn)座子沉默（transposonsilencing）:宿主積累了轉(zhuǎn)座子的多個拷貝，從而阻遏轉(zhuǎn)座發(fā)生。組成型剪接（constitutivesplicing）：編碼蛋白質(zhì)的不連續(xù)基因通過RNA剪接將內(nèi)含子從mRNA的前體中依次去除，然后規(guī)范地將外顯子剪接成成熟的mRNA，這種剪接方式是一個基因只產(chǎn)生一種成熟的mRNA，一般也只產(chǎn)生一種蛋白質(zhì)產(chǎn)物。組蛋白密碼（histonecode）：組蛋白氨基端的各種修飾（甲基化、乙?；?、磷酸化、泛素化等）及組合通過改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)或產(chǎn)生效應(yīng)蛋白質(zhì)的結(jié)合位點而影響基因的表達活性，從而調(diào)控下游的細胞學(xué)過程。組蛋白修飾(histonemodification):是指染色質(zhì)上的組蛋白被甲基化、乙酰化或磷酸化的過程。中心法則（centraldogma）F.Crick于1958年提出的闡明遺傳信息傳遞方向的法則，指出遺傳信息從DNA傳遞至RNA，再傳遞至多肽。DNA與RNA之間遺傳信息的傳遞是雙向的，而遺傳信息只是單向地從核酸流向蛋白質(zhì)。簡答題：核小體與核小體定位在基因表達及其調(diào)控中有何作用？答：核小體的形成及其在染色質(zhì)上的精確定位導(dǎo)致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)不均勻，表現(xiàn)為某些區(qū)域核小體占據(jù)率高、某些區(qū)域核小體缺乏。由于核心DNA被包裝進核小體中，阻斷了轉(zhuǎn)錄因子等與DNA的接觸機會，核小體起基因轉(zhuǎn)錄抑制子的作用；而核小體之間的自由區(qū)域更有利于這些蛋白因子與其識別位點的結(jié)合；此外，核小體定位在染色質(zhì)重塑過程中發(fā)生變化，從而明顯地影響基因的表達水平。原核生物與真核生物的啟動子結(jié)構(gòu)有什么差別？答：原核生物的啟動子特點：技術(shù)來系統(tǒng)地分析基因功能及基因間相互作用，基因組的時空表達以及發(fā)現(xiàn)和尋找新基因等。（1）DNA微陣列技術(shù)又稱DNA芯片（DNAchips）或基因芯片技術(shù)（genechips），它通過將對應(yīng)于不同基因或cDNA的DNA片段或寡聚核苷酸點樣于微芯片上形成高密度的矩陣，與熒光標記的總mRNA進行雜交，然后通過激光共聚焦掃描檢測并運用計算機軟件對雜交信號進行自動化定性定量分析，具有高通量、實時、靈敏、準確等特點。（2）基因打靶是指通過轉(zhuǎn)染的DNA序列與細胞內(nèi)同源的基因組序列（靶序列）之間進行同源重組，以改變靶序列來研究其結(jié)構(gòu)和功能或進行基因治療的技術(shù)?；虼虬屑夹g(shù)包括基因敲除（knock-out）和基因敲入(knock-in)，前者是用無功能的DNA序列與靶序列重組，破壞原基因組的遺傳功能，后者是用有功能的DNA序列與受到破壞的靶序列重組使其恢復(fù)遺傳功能。基因打靶技術(shù)是一種從基因到表型的新研究方法，屬于反求遺傳學(xué)范疇。（3）反義mRNA技術(shù)通過向細胞導(dǎo)入一段與特定編碼mRNA互補的非編碼RNA鏈，使其與該段mRNA特異性結(jié)合而定向阻抑靶基因表達的技術(shù)。這一技術(shù)的成熟，為功能基因組學(xué)的研究和基因治療提供了新的思路。在反義mRNA技術(shù)的研究過程中，科學(xué)家們意外發(fā)現(xiàn)導(dǎo)入正義mRNA（senseRNA）與導(dǎo)入反義mRNA具有等效的阻抑效應(yīng)。而更令人吃驚的是如果導(dǎo)入相應(yīng)雙鏈RNA（dsRNA），其阻抑效應(yīng)比導(dǎo)入任一單鏈RNA強十倍以上，dsRNA若經(jīng)純化則阻抑效應(yīng)更強。這種雙鏈RNA特異性地作用于與其序列配對的基因而抑制其表達的現(xiàn)象叫做RNA干涉。RNA干涉技術(shù)作為一種新的定點敲除knockdown技術(shù)，賦與了功能基因組學(xué)、基因治療等全新的思路，堪稱生命科學(xué)近年來的革命性的突破。因而發(fā)現(xiàn)RNA干擾機制的兩位美國科學(xué)家Fire和Mello榮獲2006年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎?？梢娫擁棾晒闹卮罂茖W(xué)意義。目前最常用的突變體創(chuàng)制方法有哪些？如何利用突變體進行功能基因組學(xué)研究？答：1.化學(xué)誘變，化學(xué)誘變劑主要有烷化劑、堿基類似物、亞硝基化合物、疊氮化物等，多用烷化劑，如EMS和MNU等。EMS誘發(fā)的特點是突變均勻分布于整個基因組中而不呈現(xiàn)明顯的“熱點”。我們不僅僅可以通過EMS造成轉(zhuǎn)錄提前終止的功能缺失突變體來研究基因的功能，也可以通過錯義突變引起的一些表型較弱、中間類型的突變體來研究功能蛋白中某個特定氨基酸殘基的功能。2.物理誘變，誘變劑主要有紫外線，X-射線，γ-射線，快中子，激光，微波，離子束等；電離輻射廣泛用于植物、動物和微生物的誘變育種，由于快中子具有能量高、輻射處理的劑量容易控制和操作簡便等特點，在生物誘變上具有獨到的優(yōu)點：如對子粒較大的玉米、大豆等的誘變效率較高，誘變的劑量（強度和時間）容易控制，在一個基因組上可以存在多個突變位點，同時誘變后生物材料仍保持較高的活性3.生物技術(shù)，轉(zhuǎn)基因，基因打靶，激活標簽法,Gateway全長cDNA過量表達技術(shù)和RNA干涉技術(shù)等。T-DNA標簽技術(shù)是以農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)的一種插入突變研究方法，在獲得穩(wěn)定的突變表型后,可用報告基因為探針在突變體文庫中克隆相應(yīng)的功能基因。還可通過質(zhì)粒挽救的方法克隆插入序列兩翼的基因片段。T-DNA標簽突變體庫除了通過基因敲除來研究基因功能以外，還可通過對T-DNA標簽的改造建立了激活標簽（activationtagging）突變體庫，和捕獲標簽（entrapmenttagging）突變體庫。轉(zhuǎn)座子標簽技術(shù)：廣泛應(yīng)用于病毒、細菌、酵母、果蠅、擬南芥菜、水稻等物種的突變體創(chuàng)制與基因功能研究。尤其是在高等植物上取得了突破性進展，如玉米激活子(activator，Ac)、解離子(dissociation，Ds)、增變子(mutator，Mu)、金魚草Tam、矮牽牛dTphl以及水稻的Tos17。構(gòu)建突變體庫是功能基因組學(xué)研究的重要手段。1.重要性狀基因的克隆與鑒定：通過TILLING、PCR－walking或圖位克隆技術(shù)，可以獲得某些突變性狀所對應(yīng)的突變基因，確定基因與性狀的對應(yīng)關(guān)系。只要擁有飽和的突變體庫，理論上可以獲得所有基因的突變體。2.創(chuàng)制中間材料，研究生物生長發(fā)育和代謝途徑RNAi通過哪些機制控制基因的表達？實踐中有何應(yīng)用？答：RNA干涉(RNAinterference,RNAi)通過雙鏈RNA(double-strandedRNA,dsRNA)介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄后基因沉默。它可以快速分析靶基因的功能,成為反向遺傳學(xué)研究的重要工具之一。胞質(zhì)中的核酸內(nèi)切酶Dicer將dsRNA切割成多個具有特定長度和結(jié)構(gòu)的小片段RNA（約21～23bp），即siRNA。siRNA在細胞內(nèi)RNA解旋酶的作用下解鏈成正義鏈和反義鏈，繼之由反義siRNA再與體內(nèi)一些酶(包括內(nèi)切酶、外切酶、解旋酶等)結(jié)合形成RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物(RNA-inducedsilencingcomplex，RISC)。RISC與外源性基因表達的mRNA的同源區(qū)進行特異性結(jié)合，RISC具有核酸酶的功能，在結(jié)合部位切割mRNA，切割位點即是與siRNA中反義鏈互補結(jié)合的兩端。被切割后的斷裂mRNA隨即降解，從而誘發(fā)宿主細胞針對這些mRNA的降解反應(yīng)。siRNA不僅能引導(dǎo)RISC切割同源單鏈mRNA，而且可作為引物與靶RNA結(jié)合并在RNA聚合酶(RNA-dependentRNApolymerase，RdRP)作用下合成更多新的dsRNA，新合成的dsRNA再由Dicer切割產(chǎn)生大量的次級siRNA，從而使RNAi的作用進一步放大，最終將靶mRNA完全降解，使基因沉默線蟲的lin4和let7，通過和靶基因mMT的3’末端非翻譯區(qū)結(jié)合而阻斷相應(yīng)蛋白質(zhì)的翻譯RNAi對基因表達的靜默作用可能通過染色質(zhì)濃縮實現(xiàn)，dsRNA可結(jié)合到植物啟動子區(qū)域，能通過一種使DNA甲基化的作用導(dǎo)致基因沉默。siRNA可能參與纖毛蟲，四膜蟲蟲體間結(jié)合時的基因重組。在蟲體之間結(jié)合過程中，結(jié)合到重組序列的siRNA介導(dǎo)DNA缺失和染色體斷裂。轉(zhuǎn)座子沉默與siRNA有關(guān)，蠕蟲mut-7基因參與RNAi和轉(zhuǎn)位抑制，從裂殖酵母的中心粒區(qū)分離出siRNA，并檢測到這些siRNA介導(dǎo)此區(qū)內(nèi)組蛋白甲基化。應(yīng)用：RNAi在探索基因功能中的應(yīng)用在RNAi技術(shù)出現(xiàn)以前，基因敲除（geneknockout）是主要的反向遺傳學(xué)（reversegenetics）研究手段，但其技術(shù)難度較高、操作復(fù)雜、周期長。由于RNAi技術(shù)可以利用siRNA或siRNA表達載體快速、經(jīng)濟、簡便的以序列特異方式剔除目的基因表達，所以現(xiàn)在已經(jīng)成為探索基因功能的重要研究手段。同時siRNA表達文庫構(gòu)建方法的建立，使得利用RNAi技術(shù)進行高通量篩選成為可能，對闡明信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、發(fā)現(xiàn)新的藥物作用靶點有重要意義。RNAi在基因治療領(lǐng)域中的應(yīng)用RNAi的作用具有高效率和高特異性的特點，它能使目標蛋白的mRNA發(fā)生特異性降解。因此RNAi是基因沉默療法的理想工具。目前，人們已經(jīng)證明在培養(yǎng)的哺乳動物細胞中，可用于抗病毒和抗腫瘤等的基因治療；其他RNAi在新藥物的研究與開發(fā)中的應(yīng)用可以作為高通量藥物靶標靶標識別和確認的工具；由于能高效特異的阻斷基因的表達，可使其成為研究信號傳導(dǎo)通路的良好工具；RNAi技術(shù)已被用于改良植物品質(zhì)、改善植物營養(yǎng)價值等方面的研究，取得了客觀的經(jīng)濟效益。DNA甲基化是如何在轉(zhuǎn)錄水平上抑制基因表達的？直接干擾特異轉(zhuǎn)錄因子與各自啟動子結(jié)合的識別位置DNA的大溝是許多蛋白因子與DNA結(jié)合的部位，胞嘧啶的甲基化干擾轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合。許多轉(zhuǎn)錄因子，如AP-2和E2F等能識別含CpG的序列，且對其甲基化程度非常敏感，當CpG上的C被甲基化后，轉(zhuǎn)錄即被抑制。轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物干擾基因轉(zhuǎn)錄甲基化DNA結(jié)合蛋白與啟動子區(qū)內(nèi)的甲基化CpG島結(jié)合，再與其它一些蛋白共同形成轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物(transcriptionalrepressioncomplex,TRC)，阻止轉(zhuǎn)錄因子與啟動子區(qū)靶序列的結(jié)合，從而影響基因的轉(zhuǎn)錄。已經(jīng)鑒定了甲基化胞嘧啶結(jié)合蛋白1和2(MeCP1和MeCP2)及甲基化DNA結(jié)合蛋白（MBD）等轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物。MeCP1的抑制作用比較弱，需要與含12個甲基化CpG的位點結(jié)合，缺乏MeCP1的細胞其基因組內(nèi)甲基化基因的抑制作用減弱。MeCP2在細胞中比MeCPl豐富，轉(zhuǎn)錄抑制作用比較強，可與單個甲基化的CpG堿基對結(jié)合。通過改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)而抑制基因表達DNA甲基化與組蛋白去乙?；嚓P(guān)，而乙?；揎椪钦{(diào)節(jié)基因表達的另一重要方式。染色質(zhì)構(gòu)型的變化伴隨著組氨酸的乙?；腿ヒ阴；S多乙?；腿ヒ阴；副旧砭头謩e是轉(zhuǎn)錄增強子蛋白和轉(zhuǎn)錄阻遏物蛋白。DNA失活的區(qū)域處于高度甲基化狀態(tài)，同時又富含低乙?；M氨酸。CpG二聚體中胞嘧啶甲基化是高等真核生物基因組的主要特征。一般來說，在基因啟動子區(qū)的DNA甲基化伴隨著基因沉默。真核生物CG島的甲基化狀態(tài)與基因的表達活性的關(guān)系如何？CpG島經(jīng)常出現(xiàn)在真核生物的house-keeping基因的5’端調(diào)控區(qū)域調(diào)控區(qū)，在其它地方出現(xiàn)時會由于CpG中的C易被甲基化而形成5'-甲基胞嘧啶，脫氨基后形成胸腺嘧啶，由于T本身就會存在于DNA中，因此不易被修復(fù)，所以被淘汰。故CpG在基因組中是以島的形式分布的。除定位于失活X染色體上的基因和印跡基因外，正常細胞的CpG島由于被保護而處于非甲基化狀態(tài)。啟動子區(qū)域的CpG島的非甲基化狀態(tài)對相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄是必須的，而甲基化一般與基因沉默相關(guān)聯(lián)，去甲基化往往與一個沉默基因的重新激活相關(guān)聯(lián)。目前認為基因調(diào)控元件（如啟動子）的CpG島中發(fā)生5mC修飾會在空間上阻礙轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合物與DNA的結(jié)合，而直接抑制基因表達；通過轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物或改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，間接影響基因表達全基因組低甲基化，維持甲基化模式酶的調(diào)節(jié)失控和正常非甲基化CpG島的高甲基化是人類腫瘤中普遍存在的現(xiàn)象。以往的研究證明啟動子區(qū)的高甲基化導(dǎo)致抑癌基因失活是人類腫瘤所具有的共同特征之一，而且這種高甲基化是導(dǎo)致抑癌基因失活的又一個機制。端粒及其生物學(xué)意義端粒是由許多簡單重復(fù)序列和相關(guān)蛋白組成的線性真核染色體的末端結(jié)構(gòu)，它具有防止末端基因降解、染色體末端間的粘連和穩(wěn)定染色體末端及其精確復(fù)制等功能。端粒酶是一種逆轉(zhuǎn)錄酶，由RNA和蛋白質(zhì)組成，是以自身RNA為模板，合成端粒重復(fù)序列，加到新合成DNA鏈末端。端粒與衰老:大量實驗說明端粒、端粒酶活性與細胞衰老有著一定的聯(lián)系,對于正常細胞來說，當進行了一定次數(shù)的分裂后，端粒長度縮短到一定程度，會使細胞停止分裂，導(dǎo)致衰老與死亡；有很多與老年相關(guān)的疾病以及早衰綜合癥都與端粒加快縮短相關(guān)；此外，端粒酶基因的突變體還會引起很多人類的一些綜合癥，如再生障礙性貧血。端粒與癌癥：90%以上的癌細胞都通過端粒酶途徑來維持端粒長度，通過抑制端粒酶的活性來阻止癌細胞生長一直是人們治療癌癥的一個策略。端粒與干細胞端粒的長度能調(diào)節(jié)細胞自我更新的能力和腫瘤的抑制的平衡狀態(tài)。但是許多問題用端粒學(xué)說還不能解釋。研究發(fā)現(xiàn)有些細胞的端粒長度長期維持在一個較高的水平，而端粒酶卻不表達。另外，Kippling發(fā)現(xiàn)，鼠的端粒比人類長近5-10倍，壽命卻比人類短的多。這些都提示體細胞端粒長度與個體的壽命及不同組織器官的預(yù)期壽命并非一致。生殖細胞的端粒酶活性長期維持較高的水平卻不會象腫瘤那樣無限制分裂繁殖；生殖細胞內(nèi)端粒酶活性較高，體細胞中為什么沒有較高的端粒酶活性?？磥矶肆５拈L度縮短是衰老的原因還是結(jié)果尚需進一步研究。組蛋白修飾與基因表達調(diào)控組蛋白H2A、H2B、H3和H4是核心組蛋白，只有當DNA存在時它們才能組裝成一種有序的結(jié)構(gòu)。組蛋白N端尾的修飾也可以改變?nèi)旧|(zhì)的易接近性而影響基因的轉(zhuǎn)錄活性。組蛋白N端尾部可被多種酶修飾，不同組蛋白末端修飾的方式不同，這些修飾包括：乙?；?、磷酸化、甲基化、泛素化、ADP糖基化等。不同修飾的組合與基因的表達狀況密切相關(guān)，又稱組蛋白密碼。這主要是因為修飾的核小體蛋白改變了與其DNA的結(jié)合狀態(tài)，使有些位點暴露，或可與其它基因表達調(diào)控蛋白結(jié)合，改變基因表達狀態(tài)。核心組蛋白都可以被乙?；?，主要的乙?；稽c在組蛋白H3、H4的N端尾部的賴氨酸。乙酰化在DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄時發(fā)生。在復(fù)制時，組蛋白的乙?；苡斜匾?，這使得它們更容易被整合到新的核心；在轉(zhuǎn)錄中，乙?；瘜τ谙嚓P(guān)結(jié)構(gòu)上的變化也很有必要，甚至可能允許組蛋白核心從DNA上去除，或者可能產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄必需的其他蛋白的結(jié)合位點。在進行有絲分裂的染色體中，經(jīng)?？梢杂^察到高度壓縮的染色質(zhì)上組蛋白H3N端尾部被磷酸化。據(jù)推測，這些修飾可能被參與基因表達和其他DNA行為的蛋白質(zhì)所識別。組蛋白N端的修飾改變了染色質(zhì)的功能，從而影響到基因的表達和調(diào)控。論述基因編輯技術(shù)，重點說crisper?；蚓庉嬍墙陙戆l(fā)展起來的可以對基因組完成精確修飾的一種技術(shù)，可完成基因定點InDel突變、敲入、多位點同時突變和小片段的刪失等，可在基因組水平上進行精確的基因編輯。在科研領(lǐng)域，該技術(shù)可以快速構(gòu)建模式動物，節(jié)約大量科研時間和經(jīng)費；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，該技術(shù)可以人為改造基因序列，使之符合人們的要求，如改良水稻等糧食作物；在醫(yī)遼領(lǐng)域，基因編輯技術(shù)可以更加準確、深入地了解疾病發(fā)病機理和探究基因功能，可以改造人的基因，達到基因治療的目的等。因此，基因組編輯具有極其廣泛的發(fā)展前景和應(yīng)用價值。

ZFN、TALEN和CRISPR/Cas9是三大基因編輯技術(shù)1）ZFN

的基因打靶效率能夠達到

30%左右，已經(jīng)可以做到針對某些特定的序列來設(shè)計ZFN實現(xiàn)靶基因的修飾，但也有其發(fā)展的局限性，ZFN

的識別結(jié)構(gòu)域中存在上下文依賴效應(yīng)，使得

ZFN設(shè)計和篩選效率大大降低，也無法實現(xiàn)在每一個基因或其他功能性染色體區(qū)段都能夠順利找到適合的

ZFN作用位點。另外，由于

ZFN的脫靶切割會導(dǎo)致細胞毒性，使得其在基因治療領(lǐng)域的應(yīng)用出現(xiàn)了一定的局限性。

2）相比

ZFN技術(shù)，TALEN

使用了

TALE

分子代替

ZF

作為人工核酸酶的識別結(jié)構(gòu)域，極好地解決了ZFN對于

DNA

序列識別特異性低的問題。TALE蛋白與

DNA

堿基是一一對應(yīng)的，并且對堿基的識別只由

2

個氨基酸殘基決定，這相對于ZFN的設(shè)計要簡單得多。但是在構(gòu)建過程中，TALE

分子的模塊組裝和篩選過程比較繁雜，需要大量的測序工作，對于普通實驗室的可操作性較低，而商業(yè)化公司構(gòu)建也需要花費上千美元，使用成本較高；

3）相較于

ZFn

和

TALEN

兩種人工核酸酶技術(shù)，CRISPR/Cas9

系統(tǒng)是一個天然存在的原核生物

RNA干擾系統(tǒng)，其介導(dǎo)的基因組編輯是由

crRNA

指導(dǎo)的，對靶序列的識別是

RNA

與

DNA

的堿基配對過程，相比蛋白質(zhì)對

DNA

序列的識別要精確更多，降低了脫靶切割的幾率，減低了細胞毒性。而且

CRISPR/Cas9

的構(gòu)建僅僅需要設(shè)計與靶序列互補的

RNA

即可，過程相對于

TALEN

更為簡單和廉價，普通的實驗室也可以自行完成構(gòu)建，這大大提高了基因操作的效率及