Z型核酸的形成及生物学功能研究进展

近年来,具有左旋双螺旋结构的Z型核酸(包括Z-DNA和Z-RNA)的重要生物学功能不断被发现,但Z型核酸(ZNA)在体内的形成及发挥功能的机制仍然不清楚。一般Z型核酸本身并不能稳定存在,易转化为右旋双螺旋结构,需要通过与其特异性结合蛋白(如人体中的ZBP1和ADAR1)结合而稳定下来并发挥其功能。其具体功能包括,参与基因调控以维持机体健康(如抑制癌细胞转移、抑制氧化性组织损伤等),上调Z型核酸结合蛋白的表达以引起细胞坏死或炎症(如病毒感染、诱发自身免疫疾病等)。同时,由于Z型核酸难以研究,虽早在1979年得到确认,但到2015年前后一直发展缓慢;可喜的是,随着各种新的研究手段的出现,近年其研究发展迅速。本文主要综述了2017年以来的Z型核酸的生物学功能、形成机制、制备方法和检测方法等相关研究,具体内容包括Z型核酸介导的免疫反应、体内Z型核酸形成机制、利用拓扑限制形成稳定Z型核酸、体内外检测Z型核酸的方法等。显然,Z型核酸的形成及特性研究将拓展生物医药及纳米材料等领域的研究,Z型核酸将得到越来越多的应用。

Z-score分数和泊松分布在血站血液核酸筛查室内质控的应用

目的制作1种采用Z分数(Z-score)和泊松(Poisson)分布方法对数值自定义的核酸定性室内质控图以反映血站血液(核酸)筛查实验室在控、假阳性、假阴性质控点。方法采集2018年12月份本站核酸实验室检测数据作出Excel表,自定义室内质控品检测阴性和阳性结果,以时间为横坐标,自定义值为纵坐标,绘制自定义室内质控核酸室内质控图;以时间为横坐标,以±3为告警限,±4为失控限,采用Z分数法建立核酸实验室内部质控品(IQ)、外部质控品(EQ)及标本内对照(IC)的核酸检测系统产生的扩增循环数(Ct值)Z-score质控图;采用Poisson分布概率法计算每日核酸检测阳性概率,在Excel表中以时间为横坐标,以概率为纵坐标,以P=0.05为失控限,绘制Poisson分布阳性概率质控图。验证将这3种统计方法质控图在血液筛查实验室的实用性、可行性。结果自定义核酸定性室内质控图简单明了可适用于不产生数值的室内质控;Z-score质控图能够同时呈现3个联检项目和内标的Z值,能够避免数据非正态分布引起的假失控;Poisson分布阳性概率图能够反应出实验室污染或检测过程有效性。结论 Z-score和Poisson统计方法建立的室内质控图满足了血站血液筛查实验室NAT定性检测室内质控的要求,具有预警失控和试验有效性的功能,能有效提升献血者血液核酸检测质量控制和实验室管理能力。

Z-基因组的生物合成奥秘被揭示

Science期刊于2021年4月30日刊登了3篇关于Z-基因组的研究论文。本文将重点评论其中赵素文、张雁和赵惠民三个实验室的合作论文:介绍多酶系统介导的Z-基因组生物合成、降低宿主菌中dATP浓度的dATPase和DUF550发现,并阐明Z-基因组的测序鉴定和功能意义。44年前,苏联科学家首次发现二氨基嘌呤(Z)存在于蓝藻噬菌体(cyanophage)S-2L的基因组中。Z是一种特殊的碱基,它完全取代了腺嘌呤并与胸腺嘧啶形成三个氢键,Z-基因组的生物合成通路一直是未解之谜。上海科技大学赵素文实验室、天津大学张雁实验室和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校/新加坡科技研究局的赵惠民实验室组成的合作团队,通过生物信息学、计算生物学和生物化学手段揭示了负责Z-基因组生物合成的多酶系统。研究发现此通路可能也存在于数十个分布在全球各地的噬菌体中,包括在上海被发现和分离的Acinetobacter phageSH-Ab 15497。合作团队使用HPLC-UV、质谱技术和纳米孔测序验证了Z碱基存在于Acinetobacter phageSH-Ab 15497中,且完全取代了A碱基,识别位点中含有A碱基的限制性核酸内切酶通常无法切割Z-DNA,因此Z-DNA赋予了噬菌体逃避宿主限制性核酸内切酶攻击的进化优势。Z基因组生物合成通路的解析,可促进新型核酸产品和相关新DNA技术的开发。

ZBP1与病原感染免疫调控研究进展

先天免疫的核心是细胞质和膜相关受体对病原体相关分子模式的感知。由于感染或细胞损伤衍生的核酸,暴露在细胞质中时都会引起免疫反应。除了经典的RNA传感机制,DNA传感系统的研究也逐步深入。其中,ZDNA结合蛋白1(ZBP1)是一种新发现的胞质核酸免疫传感器,以正反馈的方式与宿主I型IFN信号相互调节,放大先天免疫信号。ZBP1还通过特殊的结构域与异常积累的Z型核酸特异性结合,激发坏死性凋亡,促进细胞发生程序性死亡以抵御病原微生物入侵,在天然免疫应答中发挥不可或缺的作用。本综述总结了目前ZBP1蛋白参与的生理、病理作用,并着重阐述ZBP1在抵抗病原侵袭中的引起的保护性和病理性免疫调控作用,旨在为该蛋白未来的生物学功能研究提供新思路。