CDH1基因1018位点突变对乳腺癌非同源末端连接修复途径的影响及作用机理研究

背景与目的:乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤。发现并排查乳腺癌的致病突变基因,可能达到防治乳腺癌的目的。本文旨在研究上皮钙黏蛋白编码基因(E-cadherin gene,CDH1)及其1018位点突变型在DNA损伤修复模型中的作用。方法:检测乳腺癌先证者及其家系成员血液DNA样本,发现CDH1基因的1018位错义突变c.1018A>G(p.Thr340Ala)符合遗传学定律,疑似致病突变。在此基础上,构建CDH1基因敲除的MDA-MB-231乳腺癌细胞系,将构建的CDH1-1018突变质粒与非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ)报告系统共同转染进入细胞中,通过MTT法检测细胞增殖,采用流式细胞术检测NHEJ报告系统荧光率,反映CDH1基因1018位点突变对DNA损伤修复的影响,最后采用蛋白质印迹法(Western blot)对NHEJ修复途径中及乳腺癌相关的关键蛋白进行分子验证。结果:采用CRISPR/cas9系统对CDH1基因进行敲除,成功构建CDH1基因敲除细胞系;将NHEJ报告系统与CDH1基因质粒及CDH1-1018位突变质粒转染进入细胞,经i-sceⅠ酶切,测得CDH1基因1018位突变体细胞株在DNA损伤修复过程中的效率明显降低,Western blot验证了该突变对NHEJ途径重要蛋白以及乳腺癌相关蛋白表达均有抑制作用;MTT实验表明CDH1基因1018位点突变后,细胞增殖效率减缓。结论:CDH1基因1018位点突变对NHEJ修复途径有抑制作用,其机制可能与细胞粘连及组织运动能力相关,抑制相关蛋白的招募过程,使表达减弱。

利用非同源末端连接缺陷构建拟轮枝镰孢菌的高效基因敲除方法

拟轮枝镰孢菌(Fusarium verticillioides)是引起玉米茎基腐病和穗粒腐病的主要病原菌之一,严重威胁玉米的产量和品质。为了深入研究拟轮枝镰孢菌致病基因的功能,对该菌中非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ)途径中的2个关键基因FvKu70和FvKu80分别进行了基因敲除以创制高效的基因敲除菌株,并比较了野生型菌株和突变体菌株在营养生长速率、菌落形态、产孢量、对玉米的致病力和基因敲除效率等方面的差异。研究结果表明,FvKu70和FvKu80的基因缺失突变体与野生型FvLNF15-11相比,在PDA平板上的形态特征(如菌丝形态、生长速率、菌落直径、产孢量)没有明显差异,对玉米茎秆的致病力也类似。此外,选择尿嘧啶生物合成相关基因FvpyrG作为敲除的靶基因,分析了FvKu70或FvKu80缺失突变体菌株的同源重组效率,结果显示突变体菌株均显著高于野生型,其中ΔFvKu70的同源重组效率最高。综上所述,FvKu70或FvKu80基因缺失突变体可以快速又高效地实现拟轮枝镰孢菌的基因敲除,为进一步研究该菌的功能基因提供了技术支持。

同源重组及非同源末端连接修复途径介导的基因编辑:CRISPR技术的认知、应用及展望

CRISPR系统具有精确识别及剪切特异性DNA序列功能而被开发成一种高效的基因编辑工具。它以成本低廉、操作简便、效率高及通用性广等优势,成为新一代最具代表性的基因编辑技术。在应用中,CRISPR系统可在特定靶点形成DNA双链断裂,继而诱导同源重组(HDR)或非同源末端连接修复(NHEJ),为基因组定向改造与调控带来了革命性的突破。该文将对近年来生物科学领域中发展迅猛的研究工具CRISPR/Cas系统进行介绍,包括其结构、作用原理、类型及应用等,并重点阐述同源重组或非同源末端连接修复途径介导的基因定向编辑技术及应用。

非同源末端连接修复通路DNA-PKcs基因在胶质瘤中表达及其机制研究

目的:研究DNA双链断裂损伤修复通路主要成员Ku70、Ku80、ERCC4、Lig4和DNA-PKcs基因在人脑胶质瘤中的mRNA表达及其与肿瘤发生的关系。方法:采用SYBR Green实时定量PCR技术检测36例人原发脑胶质瘤组织和12例正常脑组织中的Ku70、Ku80、ERCC4、Lig4和DNA-PKcs的mRNA水平。用亚硫酸盐处理基因组DNA后,采用甲基化特异的聚合酶链式反应(MSP)检测正常脑组织和胶质瘤组织中DNA-PKcs基因的甲基化水平变化。结果:与正常脑组织相比,Ku70、Ku80、ERCC4、Lig4基因表达量在脑胶质瘤和正常脑组织中无显著性变化(P>0.05),DNA-PKcs基因在脑胶质瘤中表达显性著上调(P=0.002)。DNA-PKcs基因在脑胶质瘤组织中表达量随胶质瘤恶性程度升高而增加。DNA-PKcs基因启动子甲基化程度在正常组织中高于肿瘤组织,表明甲基化程度的减少是引起胶质瘤中DNA-PKcs基因表达增高的原因。结论:DNA-PKcs基因在人脑胶质瘤中较正常脑组织表达显著上调,并且表达与脑胶质瘤的恶性程度相关。DNA-PKcs基因甲基化程度的降低是引起胶质瘤中DNA-PKcs基因表达增高的原因。

非同源末端连接中DNA连接酶Ⅳ抑制剂研究进展

DNA连接酶Ⅳ(LIG4)主要通过非同源末端连接(NHEJ)参与V(D)J重组和DNA双键断裂(DSB)修复,具有独特调控作用和广泛应用前景。研究发现,LIG4抑制剂在NHEJ中可作为增敏剂,与放化疗联合治疗肿瘤时具有较好的抗癌效果。此外,LIG4抑制剂还可作为一种有效的生化抑制剂介导CRISPR/Cas9基因编辑,有提高基因编辑效率的作用。近年来,许多研究基于此机制不断进行大规模药物筛选以发现新型抗癌药物,来为肿瘤治疗提供一种新思路。现对目前已报道的LIG4抑制剂及其衍生物的各种形式进行综述,并重点介绍目前应用较广的SCR7。

细胞周期监控点蛋白Rad9与非同源末端连接修复蛋白Ku70的相互作用研究（英文）

Rad9是一种重要的细胞周期监控点调控蛋白.越来越多的证据显示,Rad9也可与多种DNA损伤修复通路中的蛋白质相互作用,并调节其功能,在DNA损伤修复中发挥重要作用.非同源末端连接修复是DNA双链断裂的一条重要修复途径.Ku70、Ku80和DNA依赖的蛋白激酶催化亚基(DNA-PKcs)共同组成DNA依赖的蛋白激酶复合物(DNA-PK),在非同源末端修复连接中起重要作用.本研究中,检测到Rad9与Ku70有直接的物理相互作用和功能相互作用.我们在不同的细胞模型中发现,Rad9基因敲除、Rad9蛋白去除或Rad9表达降低会导致非同源末端连接效率明显下降.已有的研究表明,DNA损伤可导致细胞中Ku70与染色质结合增加及DNA-PKcs激酶活性增强.我们的结果显示,与野生小鼠细胞相比,Rad9基因敲除的小鼠细胞中, DNA损伤诱导的上述效应均减弱.综上所述,我们的研究首次报道了Rad9与非同源末端连接修复蛋白Ku70间有相互作用,并提示Rad9可通过调节Ku70/Ku80/DNA-PKcs复合物功能参与非同源末端连接修复.

Hepatology|甲基转移酶1是非同源末端连接修复所必需的关键酶,并使肝细胞癌对放射治疗抵抗

在肝细胞癌(HCC)的治疗中,放射治疗日益成为一种重要的治疗策略。然而,对放射治疗的抵抗是成功治疗的主要障碍之一。因此,该研究旨在阐明放射抵抗的机制,并寻找可靠的生物靶点,以提高HCC放射治疗的疗效。从无标记的定量蛋白质组筛选中,确定转移RNA(tRNA;鸟嘌呤-N[7]-)甲基转移酶1(METTL1)是N7-甲基鸟苷(M7G)tRNA修饰的关键酶,是HCC细胞辐射抗性的重要驱动因素。

DNA依赖性蛋白激酶催化亚基在非同源末端连接修复中作用的研究进展

DNA的精确复制对维持基因组稳定性具有重要作用,而DNA双链断裂(DSB)损伤可能诱导细胞凋亡和染色质重排,在肿瘤的发生发展过程中发挥作用。DNA依赖性蛋白激酶催化亚基(DNA-PKcs)是磷脂酰肌醇3-激酶样蛋白激酶(PIKK)家族中相对分子质量最大及表达量最高的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。与Ku70/80结合后,DNA-PKcs在离子辐射诱导DSB后的非同源末端连接(NHEJ)有效修复过程中,发挥非常重要的作用。DNA-PKcs或其他NHEJ修复因子的缺失会导致辐射敏感性和DSB的未修复,以及V(D)J重组缺陷和免疫缺陷。本文主要对DNA-PKcs的结构,在DSB位点的募集与激活,在NHEJ修复中的作用过程及其与疾病的关系进行总结与展望,希望能为DNA-PKcs的深入研究及临床应用提供理论基础。

用于临床标本的无细胞非同源末端连接检测体系的建立

目的 建立一个用于临床标本的体外非同源末端连接的检测体系。方法 从白血病细胞株和正常骨髓及外周血细胞中提取的核蛋白在体外与线性质粒pUC18DNA一起作用,通过琼脂糖凝胶电泳分离和SYBRgreenⅠ染色观察其连接能力。结果 白血病细胞株NB4、U937、K5 6 2、SHI 1、Jurkat的连接能力为10 .6 %～32 .9% ,正常骨髓或外周血细胞的连接能力为5 .2 %～2 0 .0 %。结论 无细胞的非同源末端连接检测体系的建立是研究人类白血病细胞DNA修复机制的实验基础。

非同源末端连接研究进展及其在肿瘤发生和治疗中的意义

双链DNA损伤修复(DDR)途径主要包括非同源末端连接(NHEJ)和同源重组(HR),其中非同源末端连接(NHEJ)是DNA双链断裂后主要的修复方式,在原发肿瘤的发生发展和变异中发挥关键调控作用。近年发现了NHEJ修复DNA损伤新的组分和分子机制,丰富了对NHEJ通路的认识。通过对NHEJ分子机制及相关肿瘤的研究,发现抑制NHEJ活性可提高肿瘤细胞对放化疗的敏感性,提示NHEJ通路可能成为肿瘤治疗的新靶点。

植物DNA双链断裂修复机制及其在重离子诱变和基因编辑中的作用

在自然界中,植物会遭受各种环境或内源因素导致的DNA损伤,其中DNA双链断裂(double strand breaks,DSBs)的影响最为严重,如果修复不当,将导致基因组不稳定、基因突变甚至细胞死亡。一方面,植物进化出了强大且有序的损伤修复机制,以确保其存活及正常繁衍;另一方面,基于修复过程的容错性及致突变性,T-DNA插入、基因编辑、物理诱变等技术广泛应用于动植物品种改良。相较于哺乳动物,植物DSBs修复通路及其分子机制报道较为有限。本文综述了植物对DSBs损伤的响应、主要修复途径及关键因子,介绍了通路机制尚未完全解析的替代末端连接(alternative end joining,Alt-EJ)的最新研究进展;此外,探讨了重离子束引起的植物DSBs修复特征和多途径选择,以及基于不同DSBs修复途径的基因编辑技术的研究进展,旨在为深入了解植物DSBs损伤响应及修复的分子机制和研发高效生物育种技术提供参考。

DNA-PKcs在DNA损伤修复中的作用及机制

机体在体内因素如DNA碱基错配、自身不稳定性、机体代谢产生活性氧自由基(ROS)等,体外因素如辐射、化学毒物、药物、病毒和霉菌等作用下,可以造成DNA损伤。DNA损伤有碱基损伤、错配、DNA单链或双链断裂、嘧啶二聚体形成等多种类型。其中,DNA双链断裂(DSB)是一种非常严重的损伤类型。DSB的修复方式主要有两种,分别是同源重组(HR)、非同源末端连接(NHEJ)[1]。

DNA双链断裂与同源重组修复的研究进展

DNA双链断裂(DSB)是细胞受到电离辐射后最严重的DNA损伤,导致细胞凋亡、细胞周期阻滞以及DNA损伤修复。DNA损伤发生后,激活细胞内DNA损伤应答,启动DSB修复通路同源重组(HR)和非同源重组末端连接(NHEJ)。HR修复分为联会前期、联会期和联会后期,以姐妹染色单体为模板,进行无错误修复,是保护基因组完整性的主要机制。对IR导致的DSB HR和NHEJ具有互补关系,G2和S期HR是主要修复方式。HR是肿瘤发病风险、预后指标和治疗靶点,合成致死是HR用于肿瘤靶向治疗的重要机制。本文主要对DSB修复过程中所涉及HR修复通路中的分子机制、合成致死概念及其与NHEJ修复的关系作一综述,并探讨其成为转化医学研究和潜在临床应用的可能性。

DNA末端保护盾Shieldin在DNA损伤修复中的研究进展

同源重组(homologous recombination,HR)与非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ)的选择机制是DNA双链断裂损伤修复的前沿科学问题。末端切除是HR修复的标志性事件,53BP1通过竞争BRCA1介导的末端切除将修复途径从HR转向NHEJ进行。近年来,多个课题组同时发现并证实Shieldin复合物是53BP1介导的两种修复途径选择的下游效应因子。Shieldin是由Rev7、SHLD1(C20orf196)、SHLD2(FAM35A)与SHLD3(CTC-534A2.2)组成的复合体蛋白,能够限制末端切除并抑制HR修复,并以53BP1依赖的方式促进NHEJ修复。该文对Shieldin结构组装、工作与活性调节机制的研究进展进行综述,同时关注Shieldin对肿瘤治疗干预的临床价值,以期为肿瘤耐药机制与逆转耐药研究提供新的线索分子。

原核生物的NHEJ修复途径

DNA双链断裂(DSBs)是严重的DNA损伤形式之一,生物体对DSBs的修复可通过同源重组(HR)或非同源末端连接途径(NHEJ)进行。长期以来,人们普遍认为HR是细菌DSBs修复的惟一途径,但在分支杆菌和其它原核生物体内NHEJ途径的发现,使这一观念得以颠覆。最近的研究表明,细菌NHEJ修复系统是一个双组分系统,包含一个多功能的DNA连接酶(LigD)和DNA末端结合蛋白Ku,具有DSBs修复所需的断裂末段识别、末端加工和连接活性。重点综述细菌NHEJ修复系统的组成、结构以及生理功能。

LC对非小细胞肺癌放疗增敏的作用及其机制研究

目的放疗是肺癌最常用的治疗手段之一,化疗药物可增强放疗敏感性,但相关毒副作用及耐药的产生严重影响放疗疗效,因此,寻找新型放疗增敏药物具有重要的现实意义。方法MTS法分析细梗香草总皂苷(LC)对肺癌细胞增殖的影响,集落形成实验、流式细胞术检测LC联合放疗后细胞集落形成率和凋亡的情况,Western blot和小干扰RNA探索其放疗增敏作用分子机制。结果MTS示LC对肺癌细胞株有增殖抑制作用,呈剂量和时间依赖性,同时其还增强放疗诱导的细胞增殖抑制和凋亡潜能。LC与放疗联合放射增敏比均>1.0,联合指数<1.0,表明二者具有协同作用。Western blot示LC调控非同源末端连接过程中相关蛋白的表达水平,小干扰RNA下调DNA-PKcs的表达后,LC的放疗增敏作用减弱。结论在非小细胞肺癌中LC通过抑制DNA损伤修复过程中的非同源末端连接而发挥放疗增敏作用。

DNA双链断裂修复缺陷在神经退行性疾病发生中的作用

DNA双链断裂修复(DNA Double-Strand Break Repair,DSBR)在保持神经元基因组稳定性和细胞存活方面发挥着重要作用。DSBR主要通过同源重组(Homologous Recombination,HR)及非同源末端连接(Non-Homologous End Joining,NHEJ)来完成,这两种修复途径对于维持神经元的正常生理功能至关重要。另外,DSBR异常在多种神经退行性疾病中扮演重要角色,因此,深入剖析DSBR机制对于理解神经退行性疾病的病理发生及研发有效治疗手段具有重要意义。本文综述了常见的DSBR途径,并概述了DSBR异常与几种常见神经退行性疾病发病机制的最新研究进展。

DNA双链断裂的非同源末端连接修复

细胞内普遍存在的DNA双链断裂(DSB)可通过同源重组(HR)或非同源末端连接(NHEJ)修复。由于HR仅在存在相同染色体作为模板的时候进行,因此,NHEJ通常为主要的修复方式。在NHEJ中,DSB末端首先由Ku识别,接着由核酸酶、聚合酶在Ku与DNA-PKcs协助下加工,并由连接酶IVXRCC4-XLF连接。NHEJ底物类型多样,末端的修复常包含反复加工的过程,导致修复产物通常无法复原损伤前的序列。虽然无法确保准确修复DNA,NHEJ仍对维持基因组的稳定性具有重要的意义。对NHEJ的研究有助于理解癌症的发生机制并将促进癌症的治疗。

同源重组和非同源末端连接修复参与黄芩素诱导的DNA损伤耐受机制研究

目的研究黄芩素诱导的DNA损伤修复机制。方法采用CCK8试验检测黄芩素对鸡淋巴瘤B细胞(DT40细胞)增殖的影响;采用免疫荧光试验分析黄芩素诱导野生型(WT)和DNA修复缺陷型DT40细胞γ-H2AX foci的变化;采用流式细胞仪检测细胞的凋亡。结果黄芩素对DT40细胞呈剂量依赖性抑制,且与WT细胞比较,同源重组(HR)缺陷细胞Rad54^(-/-)和非同源末端连接(NHEJ)缺陷细胞Ku70^(-/-)对黄芩素显著敏感;60μmol·L-1黄芩素能够诱导DT40细胞γ-H2AX foci的形成;与WT细胞比较,黄芩素诱导Rad54^(-/-)和Ku70^(-/-)细胞形成更多的γ-H2AX foci;黄芩素连续处理DT40细胞16 h后,Rad54^(-/-)和Ku70^(-/-)细胞比WT细胞凋亡的比例显著增加。结论黄芩素能够诱导DT40细胞产生DNA损伤,其损伤修复机制可能与Rad54和Ku70参与的HR和NHEJ有关。

DNA双链断裂损伤修复系统研究进展

多种内源或外源因素都能造成细胞基因组DNA损伤,细胞内建立了复杂的修复系统来应对不同形式的损伤。其中DNA双链断裂(DNA double-strand breaks,DSBs)作为最严重的损伤形式,主要激活同源重组修复(Homologous recombination repair)和非同源末端连接(Non-homologous end joining)通路。这两条通路都是由多个修复元件参与、经过多步反应的复杂过程。两者各具特点、协同作用,共同维护细胞基因组的稳定性。对其分子机制的阐明为肿瘤放化疗的辅助治疗提供了潜在的作用靶点。