甲基化修饰,非甲基化是什么意思?
非甲基化是指在DNA分子中,甲基化修饰没有发生的情况。DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰,可以通过在CpG二核苷酸的甲基化来改变基因表达和细胞功能,但是非甲基化可以使得某些基因在特定时期或条件下保持不变,从而维持细胞或组织的稳定性和功能。
非甲基化在细胞发育、噬菌体进化和人类疾病等领域具有重要的意义。
目前,研究人员在DNA甲基化修饰的基础上,也越来越注重非甲基化在基因调控与表观遗传学中的作用,以期更全面地理解生命体系的运作机制。
病毒的衍生关系到底怎么根据基因组判断出来的?
这个说起来比较复杂,但是原理很简单,我给您介绍下:
病毒引起疾病众所周知,但是病毒也是人类和多种生物进化的催化剂。逆转录病毒能将自身基因插入人类基因组复制自己,留在人类基因组中的病毒基因可以控制免疫系统,并能控制胚胎和胎盘的发育。最近科学家在《PLOS遗传学》发表论文,证明病毒基因在人类正常胎盘形成和男性肌肉质量等方面发挥关键作用。这种来自病毒的基因能编码合胞体蛋白syncytin,这一研究能解释一种生物学现象,就是为什么雄性哺乳动物肌肉更发达。
人类基因组大约有30亿对碱基,其中大约8%DNA来自于病毒。许多病毒基因在进化过程中逐渐退化,但最近十多年研究发现也有一些病毒基因被保留下来发挥重要功能。
2000年,科学家发现胎盘发育的关键分子合胞体蛋白就起源于一种病毒蛋白,病毒蛋白在逆转录病毒协助下与宿主细胞基因组融合,后者成为病毒基因的避风港。这个蛋白和祖先分子没有太多差异,功能是引导某些胎盘细胞与来自母体的子宫细胞融合,形成胎盘的外层。不同哺乳动物合胞体蛋白不同,表明哺乳动物是从不同类型的病毒借来的基因,提示这是多次发生基因转移过程。
哥本哈根大学病理学家Lars-Inge Larsson说,提出胎盘细胞融合是由一种病毒基因控制,这种基因是三千万年前人类祖先从病毒借来,这有点令人难以置信。
该研究负责人来自法国国家科学研究中心病毒学家Thierry Heidmann。研究人员发现,如果将两个合胞体蛋白基因全部敲除,动物后代无法存活,如果只敲除其中一个合胞体蛋白B,保留合胞体蛋白A,动物后代可以生存,但是雄性动物体型小,而且体弱多病。体重比正常动物少18%。研究人员最初认为,合胞体蛋白不足导致胎盘畸形阻碍了老鼠在子宫内的生长,但是随后有其他学者发现,这些基因在免疫细胞和肌肉干细胞中特异性表达,这让他们重新考虑这一现象的原因。
成熟肌肉细胞也是通过众多成熟成肌细胞融合形成,考虑到合胞体蛋白在细胞融合过程中发挥作用,Heidmann等推测基因突变动物体重降低的原因是因为肌肉融合过程受阻,进一步分析发现,胞体蛋白B基因敲除小鼠肌肉质量降低20%,肌肉纤维数量和数量也出现相应降低。Heidmann说,有意思的是,这种差异只出现在雄性,而雌性动物没有这种改变。
进一步研究发现,合胞体蛋白基因在成肌细胞和成熟肌肉细胞过程都有表达,阻断该基因表达能使细胞融合减少40%。羊、狗和人类细胞都表现出类似的改变。
大量散布在人类基因组中的病毒基因能发挥比我们想象更加重要的作用,现在的发现只是冰山一角。
为何病毒可以作为基因工程的载体?
20世纪50年代关于双螺旋模板学说的提出,60年代关于基因调控的操纵子学说的出现,以及70年代初期限制性内切酶的发现和一整套体外重组技术成为基因工程发展的奠基石。基因工程就是用人工的方法把生物体内有用的目的基因提取出来,经过体外的改造和重组后,导入受体生物中表达,从而使受体生物获得新的遗传性状。按照受体细胞的类别,将基因工程分为动物基因工程、植物基因工程和微生物基因工程三大类。那么什么是病毒基因工程呢?所谓病毒基因工程就是以病毒为材料,研究病毒的基因或基因组在动物、植物、细菌等细胞中表达特性,以期揭示病毒基因的生物学功能及其与受体细胞间的关系。
DNA的体外重组技术可以随心所欲地对目的基因进行改造和移动。基因的改造得益于DNA限制性内切酶、连接酶及其他修饰酶的发现;基因的转移得益于质粒载体等运载工具的发现和转移技术的建立。作为运载质粒必须是环状DNA,能够专一性地感染某类细胞,具有选择性标记,如耐某种抗生素的基因等;还应具有一些内切酶的酶切位点,可以随着染色体的复制而独立复制,随着细胞分裂而扩增。在目前应用的载体中,大多数来源于噬菌体、动植物病毒等。
近年来的实验证明,一些具有DNA基因组或其生活史中出现有DNA阶段的真核生物的病毒,经过改建之后,都可以发展成为基因转移的分子载体。这主要是因为病毒具有如下几个方面的特点:
第一,病毒具有能够被细胞识别的有效的启动子。这些启动子不但可以引发基因工程中常用的一些选择记号的表达,而且还能够引发克隆的外源基因的表达。
第二,有许多种病毒,在其感染周期中都能够持续地复制,使其基因组拷贝数达到相当高的水平。因此,任何插入在病毒基因组的外源基因,在病毒感染之后的很短时间内,其剂量就会显著地增加,并实现有效的表达。
第三,有些病毒具有控制自己复制的顺式(cis)和反式(trans)作用因子。这些因子经过基因操作改造之后,可以成为能够在细胞内长时间高拷贝保持外源基因的复制型质粒。
第四,有些病毒在它们的复制过程中能高效稳定地整合到寄主基因组。利用这点特性,可以提高外源基因导入寄主细胞染色体的效率。
第五,病毒的外壳蛋白能够识别细胞接受器(acceptor),因此作为感染剂(infectious agents),外壳蛋白能够将外源基因高效导入寄主细胞。用病毒外壳蛋白、包装重组质粒DNA形成的假病毒颗粒(pseudovirions),即构成了一种高效的转化体系。以病毒发展起来的一系列载体在基因工程中占有重要的地位。
基因突变
基因突变(gene mutation)是由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或替换,而引起的基因结构的改变。基因突变可以发生在发育的任何时期,通常发生在DNA复制时期,即细胞分裂间期,包括有丝分裂间期和减数分裂间期;同时基因突变和脱氧核糖核酸的复制、DNA损伤修复、癌变和衰老都有关系。许多重要的生命活动、疾病发生还与蛋白质修饰有着密切关系,修饰后的蛋白质可以对细胞内的各类通路进行精确的调节与控制,完成对基因所发出的指令执行过程。
蛋白磷酸化位点主要发生在丝氨酸(S),苏氨酸(T),酪氨酸(Y)残基上,磷酸化其实就是带负电荷才使蛋白激活,针对磷酸化的突变通常有两种形式,一种是使其持续激活,一种是使其持续抑制,通常持续激活需突变成天冬氨酸(D)和谷氨酸(E),这两个氨基酸是唯二的两个带负电荷的氨基酸(无需激活 ,组成型带负电荷)以此模拟磷酸化的丝氨酸、苏氨酸(需要激活,磷酸化后,带负电荷),而持续抑制则需突变成丙氨酸(A),原因则是该氨基酸代正电荷,能够持续抑制改为点的活性。
甲基化是蛋白质和核酸的一种重要的修饰,调节基因的表达和关闭,与癌症、衰老、老年痴呆等许多疾病密切相关,是表观遗传学的重要研究内容之一。 最常见的甲基化修饰有DNA甲基化和组蛋白甲基化。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甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变,从而控制基因表达。组蛋白甲基化是指发生在H3和H4组蛋白N端Arg或Lys残基上的甲基化,由组蛋白甲基转移酶介导催化。组蛋白甲基化的功能主要体现在异染色质形成、基因印记、X染色体失活和转录调控方面。
乙酰化修饰功能主要集中在对细胞染色体结构的影响以及对核内转录调控因子的激活方面 。但是,也有研究表明,在生理状况下,存在着大量非细胞核的蛋白被乙酰化修饰,而且蛋白质的乙酰化具有很高的功能特异性。
实验方法主要以人或小鼠的cDNA为模板扩增目的基因,通过突变PCR方法改造目的基因,再将突变基因连接入感兴趣的载体中,如慢病毒载体、腺病毒载体和腺相关病毒载体。该载体骨架一般会带有不同的标签、荧光和筛选标记,如3FLAG、HA、EGFP、puromycine,可以根据这些元件进行Western Blot研究、puromycine抗性筛选等。
上述载体既可用于瞬时转染细胞,也可包装成相应病毒用于稳定株的筛选以及在动物水平过表达,以研究突变后对目的蛋白功能的影响。基因突变主要应用于肿瘤的基因检测,如EGFR、K-RAS、B-RAF、p53等,以了解肿瘤的发病机制;细胞稳定株筛选。
细胞质中发生的蛋白质修饰类型有哪些?
在细胞质基质中发生的蛋白质修饰主要有N-端甲基化、糖基化、酰基化、磷酸化、去磷酸化。望对你有帮助!
什么是甲基化缺陷?
是指从活性甲基化合物上将甲基催化转移到其他化合物的过程,可形成各种甲基化合物,或是对某些蛋白质或核酸等进行化学修饰形成甲基化产物。
在生物系统内,甲基化是经酶催化的,这种甲基化涉及重金属修饰、基因表达的调控、蛋白质功能的调节以及核糖核酸加工。
基因甲基化是什么意思?
是指从活性甲基化合物上将甲基催化转移到其他化合物的过程
可形成各种甲基化合物,或是对某些蛋白质或核酸等进行化学修饰形成甲基化产物。在生物系统内,甲基化是经酶催化的,这种甲基化涉及重金属修饰、基因表达的调控、蛋白质功能的调节以及核糖核酸加工。
类型
甲基化包括DNA甲基化和蛋白质甲基化。
(1)DNA甲基化:脊椎动物的DNA甲基化一般发生在CpG位点(胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤位点,即DNA序列中胞嘧啶后紧连鸟嘌呤的位点)。经DNA甲基转移酶催化胞嘧啶转化为5-甲基胞嘧啶。人类基因中约80%-90%的CpG位点已被甲基化,但是在某些特定区域,如富含胞嘧啶和鸟嘌呤的CpG岛则未被甲基化。这与包含所有广泛表达基因在内的56%的哺乳动物基因中的启动子有关。1%-2%的人类基因组是CpG群,并且CpG甲基化与转录活性成反比。
(2)蛋白质甲基化:蛋白质甲基化一般指精氨酸或赖氨酸在蛋白质序列中的甲基化。精氨酸可以被甲基化一次(称为一甲基精氨酸)或两次(精氨酸甲基转移酶(PRMTs)将两个甲基同时转移到精氨酸多肽末端的同一个氮原子上成为非对称性甲基精氨酸,或者在每个氮端各加一个甲基成为对称性二甲基精氨酸)赖氨酸经赖氨酸转移酶的催化可以甲基化一次、两次或三次。在组蛋白中,蛋白质甲基化是被研究最多的一类。在组蛋白转移酶的催化下,S-腺苷甲硫氨酸的甲基转移到组蛋白。某些组蛋白残基通过甲基化可以抑制或激活基因表达,从而形成为表观遗传。蛋白质甲基化是翻译后修饰的一种形式。


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