抗体药物在生物医药行业所占比重持续增加,抗体高效表达需要在合适的系统中进行,载体在这一过程中尤其重要,可以参与一系列抗体生产步骤:搭配合适的元件来筛选阳性、高表达克隆,选择轻重链的最优表达比例,稳定基因转录,增强翻译效率,对抗体进行正确的翻译后修饰等.对哺乳动物细胞表达载体构建所涉及的启动子、增强子、绝缘子、支架/基质附着区、信号肽、多顺反子策略、筛选系统、加尾信号以及用于增强目的基因表达所涉及的遗传工具等研究进展进行讨论,以期全面了解哺乳动物细胞重组抗体表达所涉及关键点,克服与之相关的挑战,进而推动抗体疗法发展.

rDNA是控制细胞核糖体生物合成的串联重复基因,影响着整体蛋白质的翻译水平,与细胞生长代谢息息相关.由于rDNA序列具有多拷贝的重复特征,其转录除了受一般转录机制的调节外,还受多重表观调控机制的调节,精细调控着rDNA的转录状态.一般认为rDNA分为活跃和沉默两种状态,分别与活跃染色质标记和异染色质标记相关.近些年来,发现一种平衡态rDNA的存在,更加丰富了rDNA表观机制的研究.H3.3是一种H3组蛋白变体,是近些年来的研究热点,已有报道H3.3可能在分子伴侣HIRA的介导下整合进入活跃rDNA,然而沉默rDNA的维持是否也与H3.3的作用相关需要更多的探索.CTCF是rDNA重复单元间的绝缘子成分,与H3.3相关但并不清楚是否也调控着rDNA的转录.该综述讨论了几种调控rDNA表观状态的机制,并对可能参与该过程的新机制提出了设想.

Cohesin是一类在真核生物进化过程中保守的蛋白复合体,由4个重要亚基相互作用形成环状结构,在细胞分裂过程中参与维持染色体的有序排布.在动物中研究发现cohesin还可以作为分子间的连结器介导绝缘子/增强子–启动子间长距离交互,导致基因表达增强或者抑制,但在植物中关于cohesin在调控基因表达和维持染色体构象方面的研究却相对滞后.本文介绍了cohesin的结构特点和主要组成亚基,对调控cohesin在染色质上动态变化的相关因子进行了总结,并结合近年来植物中cohesin的功能研究和动物中cohesin在三维基因组及转录调控中的重要作用,展望了植物中cohesin在转录调控中的潜在功能.

目的:拟对课题组前期发现的冠心病相关SLC22A3基因intron7区域中的2段DNA负性调控序列的性质及功能进行研究,以明确其为沉默子还是绝缘子.方法:利用生物信息学分析2段负性调控序列在所培养细胞系中的脱氧核糖核酸酶Ⅰ(DNase Ⅰ)的敏感性,并以包含人SLC22A3基因全长序列的细菌人工染色体(bacterial artificial chromosome,BAC)为模板,PCR扩增2段负性调控序列,以pGL3-Control作为工具载体,将2段序列克隆入报告基因Luciferase (LUC)的启动子与增强子之间以及增强子的下游,构建4组重组质粒,并以pGL3-Control质粒作为空白对照,与内参质粒pRL-SV40共转染人胚肾细胞HEK293T,24 h后检测荧光素酶活性.结果:2段负性调控序列均位于DNase Ⅰ超敏位点,明确了其为顺式调控元件的性质.4组重组质粒pGL3-con-SLCi7-447X、pGL3-con-SLCi7-447S、pGL3-con-SLCi7-460X及pGL3-con-SLCi7-460S荧光素酶活性分别为2.353±0.323、3.046±0.415、3.016±0.119、3.833±0.282,相较于空白对照pGL3-Control(7.423±0.230),荧光素酶活性均明显降低(P＜0.05).结论:SLC22A3基因的intron7区域中存在2个负性调控元件,其负性调控作用不受位置的影响发挥沉默子调控功能,为进一步对冠心病相关SLC22A3基因的表达调控研究提供了理论依据.

针对现有基于Hi?C数据的接触域边界检测算法进行改进,提出用绝缘密度统计量来表征接触域边界强度变化的绝缘密度算法(Hi?C insulation density,HiCID).HiCID算法将网络增强技术嵌入预处理过程对原始Hi?C数据进行降噪,根据绝缘子结合蛋白(CTCF)与组蛋白修饰的富集丰度确定域边界筛选阈值,同时为不同分辨率Hi?C数据优化选择滑动窗口的大小和数量.实验结果表明,提出的接触域边界检测算法在一致性和准确性上均优于HiCDB算法,具有不依赖于特定物种的可移植性特点,且算法随Hi?C数据分辨率提高表现出更好的性能.

围绕"细菌是否有转录因子(transcription factors,TFs)"这个问题,近20多年来在国内外学术界存在明显分歧.传统观点认为,细菌没有TFs,调节细菌基因转录起始的是转录激活蛋白和阻遏蛋白,TFs仅仅结合于真核基因启动子.这种观点的典型代表是某些国际学术权威主编的生物化学和分子生物学类主流原版教材.然而,新观点认为,细菌的结合DNA的转录激活蛋白和阻遏蛋白就是TFs,其含量和重要性不亚于真核.虽然新观点在国际学术期刊发表的学术论文中早已司空见惯,但迄今国内外许多学者仍然心存疑虑."转录因子"这一概念像许多分子生物学术语一样,伴随学科发展不断更新,从狭义到广义.初期人们曾以为TFs仅仅是真核基因转录起始所必需的,细菌不需要TFs,当时将细菌排除在其适用范围以外可以理解.40年来丰富的科研成果已经证明,大量的转录激活蛋白和阻遏蛋白结合于启动子以外的顺式调控元件,其中既包括真核生物的增强子、沉默子和绝缘子,也有细菌的多种正、负调控元件,这些转录调节蛋白符合转录因子的所有基本特征,是名副其实的"转录因子".所以,新观点具有科学性和合理性,应该为学术界广泛接受和采用.将来"转录因子"的概念是否会进一步扩大,纳入HAT等染色质修饰蛋白和ncRNAs,甚至拓展到转录的"延伸因子"和"终止因子",我们对此应该秉持开放态度.

CTCF(CCCTC-binding factor)是一种重要的染色质架构蛋白,其与绝缘子的方向性结合在哺乳动物基因组三维空间结构形成和维持中起着至关重要的作用.正向–反向相对方向的CTCF结合位点(简称CTCF位点)可以在染色质黏连蛋白(cohesin)的协助下,形成染色质环,介导远距离DNA元件之间的相互作用;而在染色质拓扑结构域边界区域的CTCF位点呈现反向–正向相背方向分布,发挥绝缘子的功能.为进一步研究CTCF介导染色质环的形成与其绝缘功能之间的关系,本研究采用DNA片段编辑方法通过设计成对sgRNA(dual sgRNA)构建了一系列HOXD基因簇区域CTCF位点反转的单细胞克隆.定量高分辨率染色质构象捕获实验显示边界区域CTCF位点反转会改变原有的染色质环方向,通过环挤出模型(loop extrusion)形成新的染色质环,引起染色质拓扑结构域边界漂移至新形成的一对反向–正向CTCF位点处.此外,串联排列的CTCF位点可以通过阻碍反方向渗透的黏连蛋白继续滑动发挥绝缘子的功能.RNA-seq实验发现CTCF位点反转引起的局部基因组空间结构变化会进一步影响基因的表达.上述研究表明相邻两个染色质拓扑结构域边界区域的反向-正向CTCF位点可以通过与各自所在拓扑结构域内相向的CTCF位点形成染色质环,阻碍黏连蛋白滑动,该发现为进一步研究CTCF的绝缘功能和其对基因组拓扑结构的影响提供了参考.

三维基因组染色质架构蛋白CTCF(CCCTC-binding factor)能够介导增强子与基因启动子的远距离染色质相互作用,也可以结合调控区域的绝缘子发挥增强子绝缘功能,对发育中的基因表达调控具有重要作用.同源框基因家族(Homeobox gene family,Hox)编码一类控制动物发育的关键转录因子,在发育中主要沿胚胎首尾轴(head-to-tail axis)呈时空线性表达.在哺乳动物中,Hox基因分为HoxA、HoxB、HoxC和HoxD四个基因簇,在中枢神经系统、骨骼和四肢发育中发挥重要功能.HoxD基因簇主要调控四肢发育,受位于其两侧调控域内的增强子调节,沿肢体近远轴(proximal-distal axis)呈时空线性表达.在人类基因组中,HOXD基因簇及其两侧的调控区域分布有串联排列的CTCF结合位点(简称CTCF位点),参与9个HOXD基因的表达调控.本研究以HOXD基因簇为模式基因,探究CTCF对发育基因(developmental genes)转录调控的影响.利用CRISPR DNA片段编辑技术在人HEK293T细胞中获得一系列的串联反向CTCF位点删除的单细胞克隆株.RNA-seq实验揭示CTCF位点删除后HOXD基因表达下降.定量高分辨率染色体构象捕获实验显示,HOXD与上游增强子簇的远距离染色质相互作用增强,与下游增强子簇的远距离染色质相互作用减弱.综上所述,串联反向的CTCF位点通过其绝缘子功能维持上下游增强子簇对HOXD基因簇表达调控的平衡,为探究动物发育过程中Hox基因表达的精准调控机制提供参考.

真核细胞间期的染色质在细胞核中经过复杂的盘曲折叠,形成高级拓扑结构,这样的染色质结构空间组织对基因表达有重要影响.CTCF(CCCTC-binding factor)作为关键的染色质高级结构架构蛋白,对三维基因组结构的形成起到了重要作用.CTCF还可以与基因组内大量的绝缘子结合,影响染色质远程交互,实现对增强子和基因转录调控的绝缘效应.本文主要对近期美国圣裘德儿童研究医院Chunliang Li团队对于CTCF完全降解后发现染色质可及性发生变化的研究结果,上海交通大学系统生物医学研究院吴强团队、美国加州路德维希癌症研究所任兵团队对于CTCF结合位点充当绝缘子作用机制的最新结果进行部分点评及讨论.

印记基因是仅表达等位基因中的亲本一方,而亲本另一方基因沉默的表观遗传学现象.印记基因中双亲等位基因携带特异性表观遗传标记,通过不同的机制(例如,lncRNA模型、绝缘子模型)使相应的等位基因沉默或表达.印记基因的正常表达使得个体正常发育,而印记基因的异常表达则与肿瘤发生有关.主要概述印记基因的结构、表达机制及IGF2/H19位点、CDKN1C位点、DLK1/MEG3位点异常与肿瘤的关系.