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轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)在UVC和順鉑誘導(dǎo)的SupF基因突變中作用機(jī)制的研究

發(fā)布時間:2019-08-06 09:49
【摘要】: 研究背景和研究目的 1.損傷識別機(jī)制的不同是轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)和泛基因組修復(fù)途徑的主要區(qū)別核苷酸切除修復(fù)途徑(NER)是DNA修復(fù)途徑中最靈活的一種,它可以修復(fù)多個結(jié)構(gòu)上不連續(xù)的DNA損傷。該系統(tǒng)的作用需要包括XPA、XPB、XPC、XPD、XPF、XPG與ERCC1在內(nèi)的至少17種酶或蛋白質(zhì)的活力。在NER中,限速步驟為DNA損傷的識別/切除。 NER可分為兩種亞途徑:①泛基因組修復(fù)(Global genome repair,GGR)。②轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)(Transcription-coupled repair TCR)。這兩種途徑在開始部分有所不同,GGR作用于DNA的非轉(zhuǎn)錄區(qū),TCR作用于活性轉(zhuǎn)錄區(qū),一旦啟動則兩者利用的酶一樣。如果損傷發(fā)生在DNA的非轉(zhuǎn)錄鏈,則發(fā)生泛基因組修復(fù),XPC/hHR23B復(fù)合物的形成是NER損傷識別的起始階段。如果損傷發(fā)生在轉(zhuǎn)錄鏈上的活性基因部位,則發(fā)生轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù),起轉(zhuǎn)錄作用的RNA聚合酶Ⅱ被阻滯,是導(dǎo)致TCR的迅速起始信號。在此過程中,一些錯配修復(fù)過程中的蛋白CSA和CSB (CS,Cockayne syndrome,凱恩綜合征)是必需的,CSA和CSB可能在使停滯的RNA聚合酶Ⅱ移動上起作用,以允許有足夠的空間完成NER。這種修復(fù)比GGR迅速且效率也較高。 2.順鉑和UV介導(dǎo)的DNA損傷理論上均可介導(dǎo)TCR的發(fā)生 在眾多外源性DNA損傷因素中,以順鉑(cisplatin)和紫外輻射研究的最多(UV)。順鉑形成鏈內(nèi)加合物(Pt-DNA)及DNA交聯(lián)(DNA-crosslink)而損傷DNA,阻止DNA復(fù)制,其中1-2鏈內(nèi)交聯(lián)占90%以上,少數(shù)為1-3鏈內(nèi)交聯(lián)。紫外線照射主要導(dǎo)致環(huán)丁烷嘧啶二聚體(cyclobutane pyrimidine dimers,CPDs)和6-4光產(chǎn)物的形成損害DNA。紫外輻射引起DNA損傷的根本原因在于其能誘發(fā)DNA同條鏈內(nèi)相鄰的嘧啶堿基產(chǎn)生嘧啶二聚體,使DNA空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而阻礙了DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄進(jìn)而影響蛋白質(zhì)的生物功能。順鉑和UV介導(dǎo)的DNA損傷共同點在于均可導(dǎo)致DNA鏈內(nèi)或鏈間交聯(lián),使DNA雙螺旋的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,阻礙DNA的轉(zhuǎn)錄,理論上均可介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)途徑的發(fā)生。 3.順鉑和UV介導(dǎo)的TCR和突變發(fā)生的關(guān)系缺少正常細(xì)胞內(nèi)的實驗證據(jù) 已有的體外研究表明,UV導(dǎo)致的CPDs損傷在可表達(dá)基因轉(zhuǎn)錄鏈上的修復(fù)比在非轉(zhuǎn)錄鏈上要迅速得多。相反,在可表達(dá)序列和非表達(dá)序列上的6-4光化合產(chǎn)物均能得以充分清除;順鉑導(dǎo)致的1-2鏈內(nèi)交聯(lián)在體外實驗中亦可誘導(dǎo)TCR的發(fā)生,在人類細(xì)胞的核裂解液中發(fā)現(xiàn),1-3鏈間交鏈同樣可阻滯RNAPⅡ的轉(zhuǎn)錄作用。目前對UV和順鉑DNA損傷的細(xì)胞內(nèi)研究主要以缺陷細(xì)胞為工具,如GGR缺陷細(xì)胞XPA、XPC等,TCR缺陷細(xì)胞CSA、CSB等,利用缺陷細(xì)胞內(nèi)GGR或者TCR途徑缺失的特點,可以單獨研究某一種修復(fù)途徑的分子機(jī)制,但缺陷細(xì)胞總體的DNA修復(fù)功能是不健全的,相對于正常細(xì)胞,不能真實反映細(xì)胞內(nèi)生理狀態(tài)下修復(fù)和突變的發(fā)生情況。 4.如何在同一種細(xì)胞內(nèi)實現(xiàn)GGR途徑和TCR途徑的單獨作用是在正常細(xì)胞內(nèi)研究TCR與突變分子機(jī)制的關(guān)鍵問題。 HEK293細(xì)胞內(nèi)的各種修復(fù)途徑均正常,DNA受到機(jī)體內(nèi)外各種因素的損傷后,細(xì)胞會啟動包括TCR和GGR在內(nèi)的各種途徑進(jìn)行修復(fù),突變的產(chǎn)生是各種修復(fù)途徑綜合作用的結(jié)果。為了實現(xiàn)在同一種細(xì)胞內(nèi)GGR和TCR途徑的單獨作用,需要設(shè)計一種可控的報告基因轉(zhuǎn)錄模型,通過人為控制報告基因的轉(zhuǎn)錄實現(xiàn)轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)途徑的啟動,從而達(dá)到轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)和泛基因組修復(fù)的分離。 5.本實驗的設(shè)計思路和研究目的 ①突變研究實驗?zāi)P偷脑O(shè)計 四環(huán)素正調(diào)節(jié)的基因表達(dá)系統(tǒng),稱為Tet-on基因表達(dá)系統(tǒng)。理論上在沒有四環(huán)素的情況下目的基因表達(dá)水平為零,而在加入四環(huán)素衍生物強(qiáng)力霉素(doxycycline,Dox)后目的基因高效表達(dá)。SupF基因所編碼的tRNA,能識別宿主菌lacZ基因的琥珀型突變,產(chǎn)生正常的β-半乳糖苷酶,在含β-半乳糖苷酶底物X-gal和lac操縱子誘導(dǎo)物IPTG以及相應(yīng)抗性的LB指示平板上,其菌落呈現(xiàn)藍(lán)色。當(dāng)SupF基因發(fā)生突變,影響或完全喪失其所編碼的tRNA功能時,其菌落呈現(xiàn)淡藍(lán)色或白色。本實驗中,我們將Tet-on基因表達(dá)調(diào)控系統(tǒng)和SupF tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)相結(jié)合,構(gòu)建了一種可控轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)。以SupF為損傷靶基因,UVC和順鉑體外損傷后,轉(zhuǎn)入Tet-on293細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)和擴(kuò)增,最后轉(zhuǎn)化細(xì)菌挑取白色突變克隆,突變子DNA測序分析,來確定突變形成的分子機(jī)制和突變發(fā)生的冷熱點。 ②本實驗的研究目的 綜合目前轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)的研究進(jìn)展,本課題主要圍繞轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)在順鉑和UV導(dǎo)致的DNA損傷和突變過程中的作用機(jī)制進(jìn)行研究,擬通過基因重組、質(zhì)粒轉(zhuǎn)染、定標(biāo)性突變研究、藍(lán)白斑篩選、DNA測序等技術(shù),在分子水平探討下面幾個問題:①在同一細(xì)胞內(nèi)如何實現(xiàn)GGR與TCR途徑單獨作用;②UV和順鉑造成的DNA損傷能否誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)途徑的發(fā)生;③UV和順鉑介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)過程中報告基因突變頻譜的特點;④轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)途徑介導(dǎo)突變發(fā)生的可能分子機(jī)制; 方法: 1.雙向啟動、雙報告基因的穿梭質(zhì)粒pTCR-SupF-Luc構(gòu)建及鑒定 以Tet-on反應(yīng)質(zhì)粒pBI-L為載體,插入來源于質(zhì)粒pSupF-G1的突變報告基因SupF片斷,再設(shè)計一段引物,從質(zhì)粒pEGFP-1擴(kuò)增SV40 ori/Kan/Neo片斷,合適的酶切處理后,與已經(jīng)亞克隆一次的載體質(zhì)粒連接,最終得到目的質(zhì)粒pTCR-SupF-Luc,并通過酶切鑒定和測序分析等手段驗證插入序列的位置和堿基順序的正確性,為下一步研究提供敏感、可靠的實驗工具。 2. Tet-on調(diào)控的SupF tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的建立和功能驗證 完整的Tet控制系統(tǒng)由Tet調(diào)節(jié)質(zhì)粒和Tet反應(yīng)質(zhì)粒構(gòu)成,Tet-on293細(xì)胞為穩(wěn)定轉(zhuǎn)染了Tet調(diào)節(jié)質(zhì)粒pTET-ON質(zhì)粒的人HEK293細(xì)胞,在本實驗中作為調(diào)節(jié)系統(tǒng),已經(jīng)構(gòu)建并測序驗證后的pTCR-SupF-Luc為反應(yīng)系統(tǒng)。培養(yǎng)Tet-on293細(xì)胞,陽離子脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染法將pTCR-SupF-Luc瞬時轉(zhuǎn)染Tet-on293細(xì)胞,8 h后更換完全培養(yǎng)液,加入終濃度為1μg/ml的強(qiáng)力霉素(DOX)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄,48h后檢測Luciferase基因表達(dá)情況驗證轉(zhuǎn)錄是否得以進(jìn)行。裂解細(xì)胞,提取質(zhì)粒,純化后轉(zhuǎn)化專用菌SY204驗證SupF報告基因活性。 3. UVC介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)與突變發(fā)生分子機(jī)制的研究 UVC(波長254nm的短波紫外線)體外損傷pTCR-SupF-Luc質(zhì)粒,劑量為1500J/M2,損傷后的質(zhì)粒陽離子脂質(zhì)體法轉(zhuǎn)染Tet-on293細(xì)胞,細(xì)胞分為加藥組和對照組,8h后更換完全培養(yǎng)液,加藥組加入終濃度1μg/ml的DOX,各組細(xì)胞繼續(xù)培養(yǎng)48h,使質(zhì)粒得以充分復(fù)制和修復(fù)。取部分細(xì)胞,裂解后測Luciferase基因表達(dá)情況,若明顯升高說明SupF報告基因轉(zhuǎn)錄已經(jīng)啟動,裂解剩余細(xì)胞,提取質(zhì)粒,轉(zhuǎn)化SY204細(xì)菌,通過藍(lán)白斑篩選挑取白色突變克隆,計算突變頻率=突變的白色菌落數(shù)/總菌落數(shù)。擴(kuò)增后測序獲得突變頻譜,分別對轉(zhuǎn)錄和非轉(zhuǎn)錄狀態(tài)的突變情況進(jìn)行對比,分析UVC介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)過程中突變產(chǎn)生的分子機(jī)制。 4. TCR在順鉑導(dǎo)致的SupF基因損傷和突變發(fā)生中的作用機(jī)制研究 pTCR-SupF-Luc質(zhì)粒100μg,加入終濃度50uM的順鉑溶液,總體積200μl,室溫下放置4h,使質(zhì)粒充分染毒,形成DNA交聯(lián)。酚:氯仿抽提,無水乙醇沉淀得到純化質(zhì)粒,陽離子脂質(zhì)體法轉(zhuǎn)染Tet-on293細(xì)胞,進(jìn)行定標(biāo)性突變研究,通過細(xì)菌的藍(lán)白斑篩選挑取突變克隆確定突變頻率和DNA測序,分別測定轉(zhuǎn)錄與非轉(zhuǎn)錄狀態(tài)下SupF的突變特點,分析轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)在順鉑致突變過程中的作用機(jī)制。 結(jié)果 1.成功構(gòu)建了雙向啟動、雙報告基因的穿梭質(zhì)粒pTCR-SupF-Luc,經(jīng)過酶切鑒定和測序驗證,確定插入片斷的位置符合設(shè)計要求,堿基序列與來源序列同源性100%。 2.將Tet-on293細(xì)胞與pTCR-SupF-Luc質(zhì)粒相結(jié)合,建立了Tet-on調(diào)控的SupF tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng),經(jīng)過Luciferase基因檢測和SupF基因活性測定,證明了該系統(tǒng)的可控性和敏感性,本系統(tǒng)的具有以下特點:①SupF突變報告基因的轉(zhuǎn)錄可通過Tet-on系統(tǒng)精確調(diào)控;②雙報告基因:Luciferase基因、SupF基因,通過檢測Luciferase基因的表達(dá)可以明確SupF基因是否得以轉(zhuǎn)錄,進(jìn)而明確是否誘發(fā)TCR途徑;③穿梭質(zhì)粒,pTCR-SupF-Luc質(zhì)粒中含有原核細(xì)胞復(fù)制子Col E1和真核細(xì)胞復(fù)制子SV40ori,可以在細(xì)菌和哺乳動物細(xì)胞中存活和復(fù)制,使得在哺乳動物細(xì)胞中發(fā)生的遺傳學(xué)事件,能很方便地在細(xì)菌中得到報道;④SupF基因很小,遺傳背景清楚,通過DNA測序來定位突變熱點及上下游序列變得相對容易。 3.得到SupF突變報告基因由UVC誘導(dǎo)的在不同轉(zhuǎn)錄狀態(tài)下的突變頻率和突變頻譜。TCR途徑,SupF基因誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄,突變頻率為2.2%,突變熱點集中在5’-CG-3’、5’-CC-3’、5’-TC-3’區(qū)域;GGR途徑,SupF基因轉(zhuǎn)錄沉默,突變頻率為1.2%,突變熱點集中在5’-GGGGGGG-3’、5’-CC-3’、5’-TT-3’區(qū)域。突變頻譜見下表所示。 4.得到順鉑誘導(dǎo)的SupF基因在不同轉(zhuǎn)錄狀態(tài)下的突變頻率和突變頻譜,TCR途徑,SupF基因誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄,突變頻率為1.45%,突變熱點集中在5’-CG- 3’、5’-GCCG-3’區(qū)域;GGR途徑,SupF基因轉(zhuǎn)錄沉默,突變頻率為1.20%,突變熱點集中在5’-GGGGGGG-3’、5’-GGGA-3’、5’-GAAG-3’區(qū)域。突變頻譜見下表所示。 結(jié)論 1.本研究成功構(gòu)建了用于轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)研究的雙向轉(zhuǎn)錄、雙報告基因的Tet-on反應(yīng)質(zhì)粒pTCR-SupF-Luc。 2.本研究利用Tet-on293細(xì)胞和重組質(zhì)粒pTCR-SupF-Luc組成可控的SupF報告基因定標(biāo)性突變研究系統(tǒng),經(jīng)功能驗證符合理論預(yù)期,為研究轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)與突變發(fā)生的分子機(jī)制提供理想的實驗?zāi)P汀?3.在正常人類細(xì)胞內(nèi)報道了轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)參與UVC和順鉑介導(dǎo)的DNA損傷修復(fù)過程。 4. UVC介導(dǎo)的CPDs損傷(環(huán)丁烷嘧啶二聚體)和順鉑導(dǎo)致的cis-1.3-d(GTG)鏈內(nèi)交聯(lián)主要由TCR優(yōu)先修復(fù)。 5.首次在SupF基因中確定了正常細(xì)胞TCR和GGR兩種修復(fù)狀態(tài)下突變頻譜的特征性差異。 6.通過對突變頻譜的分析發(fā)現(xiàn),在UV和順鉑介導(dǎo)的DNA損傷修復(fù)過程中,TCR和GGR有著不同的“突變指紋”,提示TCR在修復(fù)兩種損傷過程中存在序列依賴性,兩種NER修復(fù)途徑對維持基因組遺傳穩(wěn)定性可能起不同而又互補(bǔ)的作用。
【圖文】:

,轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)在UVC和順鉑誘導(dǎo)的SupF基因突變中作用機(jī)制的研究,李勁;2008年,


pBI-L質(zhì)粒圖譜

,轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)在UVC和順鉑誘導(dǎo)的SupF基因突變中作用機(jī)制的研究,李勁;2008年,


pEGFP-1質(zhì)粒圖譜
【學(xué)位授予單位】:第三軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2008
【分類號】:R346

【共引文獻(xiàn)】

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7 龔瑞;粘附素ClfA和Cna對金黃色葡萄球菌乳腺炎的免疫保護(hù)研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

8 劉源;豬胸膜肺炎放線桿菌雙組分調(diào)控系統(tǒng)ΔnarQ/narP突變株構(gòu)建及功能研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

9 蔡玉;雷公藤甲素對子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞株作用的實驗研究[D];南京醫(yī)科大學(xué);2009年

10 李善文;蟾蜍靈對大鼠腎小球系膜細(xì)胞增殖及凋亡的影響[D];南京醫(yī)科大學(xué);2009年



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