先进通量 News Letter 第九期 [2009-05-27]电子信息

锌指蛋白技术的成功应用

      通过遗传工程来使作物增产和抗病虫害的范围，一直受限于缺乏一种高效方法来进行定向基因修饰。锌指蛋白技术有望填补这一空白。该技术依靠用设计出的锌指核酸酶（人工嵌合蛋白，能够利用细胞DNA修复器的天然识别机制）来使特定序列的双链DNA在一个目标位点上断裂。
      在本期Nature上，两个小组报告了这一新兴技术的成功应用。Shukla等人对玉米基因IPK1进行修饰，从而将对除草剂的抵抗力和改变了的植酸盐代谢引入了这一重要作物中。 Townsend等人以烟草植物中的SuR位点为目标，使它们对咪唑啉酮和磺脲除草剂具有了抵抗力。该方法达到了高频率的基因定向，应当适用于对内源植物基因进行例行的修饰。
 

新方法合成特定形状纳米尺度DNA结构

      纳米技术的一个重要目标是复杂、三维纳米结构的可编程自我组装。以DNA为构造单元，合成方法已经发展到了可生成二维设计机构和某些三维结构的阶段。
      Douglas等人介绍了对脚手架式DNA折纸方法的一种优化，新方法能够生成有或多或少的任何所期望形式的三维目标，尺度达到10到100纳米，并且对各种不同的DNA螺旋之位置的控制也达到了令人印象深刻的程度。这种合成方法涉及排列成褶皱链及组装成蜂巢状三维结构的DNA螺旋。 各种不同的DNA链通过磷酸基团连接在一起。这种方法能够生成组装速度慢的复杂目标，但它也为组装具有纳米尺度特征的定制器件提供了一个途径，如研究人员已经用这种方法构建出了形状像方螺帽、十字槽和线框二十面体的目标。

      新加坡科研人员在获得首例人感染甲型H1N1流感病毒样本后，用两周时间研制出了与该病毒有关的一种关键蛋白质的三维结构模型。这一研究成果将有助于科研人员开发防治甲型H1N1流感的药物和疫苗。
      甲型H1N1流感病毒表面密布两种蛋白质——血细胞凝集素（H）和神经氨酸酶（N）。新加坡生物信息研究所的科研人员通过分子三维结构计算等方法，研制出了该病毒表面的神经氨酸酶的三维结构模型。
      通过分析上述三维模型，研究人员发现，与H5N1型禽流感病毒以及1918年西班牙流感病毒相比，目前正在蔓延的甲型H1N1流感病毒表面的神经氨酸酶的结构已发生重大变化，而且它更接近于H5N1型禽流感病毒的神经氨酸酶结构。以前针对神经氨酸酶开发的流感疫苗对预防目前的甲型H1N1流感病毒效果不大，而达菲和乐感清对甲型H1N1流感病毒有一定疗效。

      在基因组中存在有一部分不能表达蛋白的非编码序列，有很长的一段时间科学家们没有认为这些非编码的作用，因此，这些重复的DNA片段被冠以垃圾DNA的称号。随着时间的推移，科学家们对垃圾DNA的认识逐渐深入，慢慢地发现其实很多非编码DNA有着其独特的作用，它们在基因剪切等方面起重要的作用。
      普林斯顿大学的Laura Landweber教授的研究成果也证实了这一点。Laura Landweber研究小组发现Oxytricha在发育的过程中，基因组经历不断的剪接重排。在这些重排的过程中，转座子酶（transposases）起重要的作用。在转座子酶的作用下，转座子对基因组进行编辑，当完成发育完成后，转座子又被转座子酶清除掉。
      这些都表明，原本认为是废物DNA的序列其实也有其存在的价值。垃圾DNA并不垃圾。

      加拿大研究人员发现大脑中一种关键蛋白质的变化可能是导致早老性痴呆症的主要原因，这一发现为早期诊断和治疗早老性痴呆症带来新希望。
      加拿大麦基尔大学的希曼特.德尔等人对一种在早老性痴呆症中起重要作用的TAU蛋白质进行了研究。在早老性痴呆症患者脑中，这种蛋白质数量会无限制增加，并纠结在一起。此前研究表明，正常TAU蛋白质仅吸附3到4个磷酸盐，而早老性痴呆症患者的不正常TAU蛋白质能吸附21到25个磷酸盐。
      鲍德尔等人通过研究FTDP-17遗传病来排除与早老性痴呆症无关的磷酸盐。FTDP-17遗传病是由TAU蛋白质变异引起的，其症状与早老性痴呆症非常相似。他们发现，TAU蛋白质中有一种叫Ser202的氨基酸，只要有单个磷酸盐黏附到这种氨基酸上，就会导致TAU蛋白质不正常，进而诱发FTDP-17遗传病和早老性痴呆症。TAU蛋白质Ser202氨基酸吸附单个磷酸盐正是导致早老性痴呆症的“罪魁祸首”。
      研究人员指出，这一发现使科学家的研究有了“明确方向”，在此基础上可开发出早期诊断早老性痴呆症的方法，甚至有关治疗药物。

      华中农业大学生命科学技术学院教授何正国带领的课题组发现了古菌的DNA复制起始蛋白和DNA聚合酶之间存在物理和功能性的相互作用，并首次在古菌生命体中阐明了DNA复制起始和延伸两个过程之间的分子偶联机制。
      DNA等遗传物质的精确复制是生命现象最本质的内容。DNA复制及细胞周期调控的紊乱将直接导致人的癌症、衰老等重要疾病的发生。然而，由于人和高等真核生物的这些遗传调控机制相当复杂，目前主要以微生物为模式材料开展相关的分子机制研究。古菌是一种常常生活在极端环境，有趣的是在这类特殊生物中发现含有人和高等真核生物的DNA复制调控关键酶，因而成为重要的模式材料。
      何正国课题组经过长期研究发现，古菌的DNA复制起始蛋白和DNA聚合酶在体内和体外都能发生物理相互作用，同时这些复制起始蛋白还能双重调控DNA聚合酶的核心复制功能，这些发现首次在古菌生命体中建立了DNA复制起始和延伸两个关键过程之间的分子偶联机制。鉴于相关的分子细节在高等真核生物中仍然没有被阐明，因此该发现为最终揭示高等生物的复杂机制提供重要线索。