APOBEC3G 多重转录本的发现和部分表达特征的研究

APOBEC3G（apolipoprotein B mRNA-editing enzyme catalytic polypeptide-like 3G，载脂蛋白B mRNA编辑酶催化多肽样蛋白3G，简称为A3G）是2002年Sheehy 发现的天然抗病毒限制因子，代表近年来病毒研究领域的一项重大进展,不仅拓 展了对病毒宿主相互作用的认识,也为研发抗病毒药提供了新的思路和方向。不 过，A3G的结构、功能和抗病毒机制仍有许多未解的重大问题，进一步深入和系 统的研究，可能为预防和治疗HIV/AIDS及多种病毒性疾病，提供新的线索。 本研究的最初线索，来源于前期工作中的偶然发现：我们试图在一个健康个 体PBMC 中克隆A3G 编码序列，经双向测序后发现，有5 个位点属非同义突变， 造成氨基酸序列的改变。为排除个体差异并出于研究的便利，我们采用单核样细 胞系THP-1，进行多条序列的克隆和分析。在研究中，我们使用错误率仅为 1.6x10-6 的高保真酶Pfu，共克隆到23 条A3G 基因编码序列。经双向测序和对比 分析，较为意外地发现，其中20 条序列具有2 个以上的非同义突变或截断错位， 突变率高达87%，显示A3G 基因在THP-1 细胞中存在多重正常或变异的转录本。 这一现象，是否代表天然突变的普遍性以及其频度和意义，有待于进一步在多种 细胞和人群多个个体中验证和大规模的系统研究。 为建立基本的实验体系和研究手段，我们通过RT-PCR 与Western blotting， 检测了A3G 基因在9 个细胞系内的本底表达水平，并在此筛选结果的基础上， 在低本底的细胞系中，以慢病毒系统表达A3G 基因，而在高本底细胞系中，通 过siRNA 沉默A3G 基因，建立了A3G 高低表达体系，为后续研究A3G 功能提 供了方便可行的实验平台。 我们选取野生型A3G、带有3 个位点（H186R、I309T、F310S）连锁的突 变体和5 个位点（W34R、Y222H、V224G、A246V、F289L）非连锁的突变体， 构建真核表达载体，转染HEK293T 细胞，对比观察不同转录本在细胞中的表达 动态和水平。结果发现，3 个位点的突变对A3G 蛋白细胞内定位无明显影响，5 个位点的突变明显增加了单个细胞中A3G 蛋白点灶状团块的比例。并且突变位 点明显减缓了A3G 的表达速率，降低了表达水平。而连锁、非连锁以及截断错 位的突变体在抗病毒功能和结构生物学上的意义，有待于进一步的深入分析。 综上，我们发现A3G 在THP-1 细胞中存在多重转录本，并在确定细胞系A3G 本底表达的基础上，建立了A3G 体外高低表达体系，为后续我们进一步研究 A3G 的功能奠定了基础。而部分突变体在细胞内的表达趋势和细胞内定位的观 察和分析，为进一步的深入研究提供了新的线索。

Expression of syncytin in leukemia and lymphoma cells

Syncytin is a placenta-specific protein and generally believed to play a pivotal role in syncytiotrophoblast morphogenesis. In this study, transcripts of this gene were quantified by real-time RT-PCR and the translated products were measured by an indirect immunofluorescence assay. Results showed that syncytin was found to be expressed in all nine leukemia and lymphoma cell lines studied albeit at different levels and in 43 peripheral blood samples of 57 leukemia or lymphoma patients. Neither the transcripts nor the translated syncytin was detected in blood samples of normal individuals. In conclusion, peripheral blood syncytin may serve as a marker for leukemia and lymphoma. ©

天花粉蛋白抗HIV-1构效关系研究及机制探讨

天花粉蛋白（Trichosanthin，TCS）是从葫芦科植物括楼（TrichosanthesKiriloii）球根中提取的一种由247个氨基酸组成的I型核糖体失活蛋白（RibosomeInactivatingProtein，RIP）。TCS具有广谱的生物学和药学活性，包括抗肿瘤、免疫抑制、中期引产以及抗病毒活性，TCS还具有抗白血病和淋巴瘤的作用。TCS能够抑制HI卜1在急性感染的T淋巴细胞和慢性感染的巨噬细胞中的复制。TCS抗HIV的机制还不清楚，一般认为与R1（RibosolneInactivating）活性有关。TCS的毒副作用限制了它在抗HIV／AIDS临床上的进一步应用。人们期望通过改造或修饰，在保留TCS抗HIV活性的同时，降低其神经毒副作用及所引起的变态反应。因此，研究TCS的抗HIV-1作用机制及构效关系，有利于拓宽TCS的临床应用适应症，也对RIP类化合物基础研究和应用研究具有重要的指导作用。本论文在实验室己有研究工作的基础上，对TCS抗HIV-1作用、机制及构效关系进一步研究。首先，采用MTT比色法检侧TcS对人T淋巴细胞系C8166、HIV-1慢性感染细胞系H9／HIV-1IIIB细胞毒性作用以及采用台盼蓝染色法检测了TCs对刺激转化的人外周血单个核细胞（PeriphejralBloodMononuclearCen，PBMC）的细胞毒性作用；以合胞体形成抑制实验检测了TCS对实验株HIV-1ms诱导C8166细胞致细胞病变的抑制作用；以捕捉HIV-1p24抗原ELISA方法检测TCS对实验．株HIV-1IIIB在急性感染C8166，细胞和慢性感染Hg细胞中复制的抑制作用、临床分离株HIV-1KMO18在PBMC中复制的抑制作用、耐药株HIV-174v在C8166细胞中复制的抑制作用。其次，利用荧光实时定量RT-PCR检测了TCS对HIV-IIIB吸附和融合宿主细胞的抑制作用；采用高效液相色谱（HighPerformanceLiquidChromatograPhy，HPLC）检测了TCS脱HIV-IRNA腺嘿呤作用；另外还检测了TCS对病毒颗粒的直接杀伤作用、TCS对HIV感染和未感染细胞融合的抑制以及对HIV重组逆转录酶活性的抑制作用。最后，利用以蛋白工程技术构建的14个TCD突变体研究其抗HIV的构效关系，其中活性中心突变体：结果表明，TCS不仅能够有效抑制实验株HIV-1mB在C8166细胞中的复制和HIV-1ms诱导宿主细胞的病变作用，还能抑制临床分离株HIV-1KM018在PMBC中的复制和耐药株HIV-174v在C8166细胞中的复制，但TCS对HIV-1在慢性感染H9细胞中的复制无直接抑制作用。TCS不能抑制HIV-1进入宿主细胞；对感染细胞和未感染细胞的融合没有抑制作用；TCS也不能抑制HIV-1重组逆转录酶活性；TCS对病毒颗粒的直接杀伤作用不大；但TCS能够使裸露的HIV-1RNA脱腺漂呤，可能TCS的脱缥岭活性或其它酶活性直接损伤病毒或者病毒感染细胞的核酸，而胞质腺嗦岭含量的增高则可以导致线粒体膜电位的降低、细胞色素C的释放、活性氧的增加和抗凋亡因子表达的下降，结果使感染细胞更多的凋亡，这可能是TCS抗HIV的一个机制。结果也表明，活性中心突变体TCSM（120-123）与TCSE160A/E189A，在失去绝大部分R工活"性的同时，也几乎完全失去抗HIV活性。、而另一个活性中心突变体TCSR122G，RI活性下降1的倍，却仍保留一定的抗HIV活性。TcSC末端删除突变体（TCSC2，TCSC4和TCSC14）抗HIV活性的下降（1.4-4.8倍）与其R1活性呈平行下降（1.2-3.3倍）。这些结果表明TCS抗HIV-1活性与其R1活性显著相关，但似乎又不是唯一的决定因素，因为我们发现二个分别在C末端加上末端19个氨基酸延伸肤或KDEL信号肤的突变体TCS饥触与TCSKDEL，虽然保留全部的RI活性，但却几乎完全失去抗HIV活性，表明有其它机制介入了TCS的抗HIV-1活性。TCS抗原决定簇位点突变后对TCS抗HIV-1活性没有显著影响，但当在抗原决定簇突变体所引入的Cys残基上加上PEG漱后，这些突变体则显著降低了抗HIV-1的活性。

MAPK在天花粉蛋白抗HIV-1中的作用以及syncytin基因在白血病细胞中的表达

本学位论文主要包括两部分的内容： 一是关于MAPK信号转导在天花粉蛋白（trichosanthin, TCS）抗人类免疫缺陷病毒-1（HIV-1）中的作用的研究。TCS是I型核糖体失活蛋白（RIP），分子量27Kd，可从传统的中期流产和抗绒癌中药栝楼根块茎（天花粉）中提纯获得。该蛋白具有抗HIV-1活性，但其机制尚不清楚。本文用JNK抑制剂CEP-11004，预处理宿主细胞，检测其对TCS抗HIV-1的影响。用以下两种方法检测病毒的复制：一是用ELISA方法检测细胞培养上清中p24抗原的水平，二是检测上清中病毒粒子的逆转录酶（RT）活性。结果显示，TCS剂量依赖性地抑制HIV-1在C8166细胞中的复制。在TCS实验浓度下，HIV-1的复制水平平均为68 ± 4％（p24抗原检测）和52 ± 4％（RT活性检测）。如果用0.4μM CEP-11004对C8166细胞预处理2小时，TCS似乎失去了抗HIV-1活性，HIV-1的复制水平分别恢复为101 ± 4％和101 ± 7％。但无论是p24抗原检测还是RT活性检测，当不含TCS时，CEP-11004预处理病毒宿主细胞，本身并不影响病毒粒子的复制。这说明CEP-11004能够拮抗TCS的抗病毒活性，或者说CEP-11004抑制的信号转导途径的某些信号分子，与TCS的抗HIV-1活性相关。Western Blot方法检测的结果也证明，TCS能够以时间依赖和剂量依赖的方式激活JNK激酶，0.4μM的CEP-11004能有效抑制JNK的磷酸化。因此，TCS与它激活MAPK信号转导途径有关。 二是关于人类内源性病毒HERV-W家族囊膜蛋白基因syncytin在白血病细胞中的表达的研究。该基因在人的胎盘组织中特异性表达，可能与合胞滋养层的形成有关。另外也少量表达于睾丸组织。本论文采用实时定量RT-PCR的方法证明，syncytin能够在白血病细胞系中表达。进一步的检测还表明，syncytin的mRNA也表达于白血病/淋巴瘤患者的外周血细胞，而不表达于作为对照的10名健康志愿者的血细胞。在15名不同类型的白血病/淋巴瘤患者中，有11名有syncytin的表达。细胞系的表达相对稳定，与C8166细胞系的表达量相比较，介于0.5-2.0倍之间；而在白血病患者外周血细胞中的表达则介于0.8-21.7倍不等。上述结果提示，syncytin可能与白血病的形成有关。

TRIM5-CypA融合基因与北平顶猴易感HIV-1的机制研究

天然免疫分子TRIM5α（tripartite motif protein 5α）是近年来发现的一种重要的宿主细胞内逆转录病毒限制因子。在灵长类动物细胞中，TRIM5α蛋白可以在病毒进入细胞后、逆转录前的阶段抑制HIV-1、N-MLV和EIAV等逆转录病毒的复制。由于TRIM5α分子的作用，绝大部分旧大陆猴（Old World monkey）都不能感染HIV-1。而在新大陆猴（New World monkey）中，鹰猴是唯一不感染HIV-1的灵长类动物。研究证明，鹰猴细胞中存在的TRIM5-CypA融合蛋白（owl monkey TRIM5-CypA，omTRIMCyp）介导了抗HIV-1的作用，从而使鹰猴不能感染HIV-1。研究证明，平顶猴是旧大陆猴中唯一报道可以感染HIV-1的灵长类动物，但是其感染HIV-1的机制并不清楚。根据现行的灵长类动物分类学，原属平顶猴群体（M. nemestrina group）的三个亚种分为猕猴属的三个不同种：巽他平顶猴（Sunda pig-tailed macaque，M. nemestrina），北平顶猴（Northern pig-tailed macaque，M. leonina）和明打威猴（Mentawai macaque，M. pagensis）。本论文对中国云南境内北平顶猴TRIM5基因座和感染HIV-1的相关性进行了研究。通过PCR和测序对北平顶猴基因组TRIM5基因座进行分析，发现一个CypA假基因的cDNA通过逆转座机制插入至TRIM5基因座的3’-UTR区域，形成了一个不同于鹰猴TRIM5-CypA的新型融合基因npmTRIMCyp（northern pig-tailed macaque TRIM5-CypA）。通过RT-PCR对npmTRIMCyp融合基因的转录本进行分析，我们鉴定出npmTRIMCyp共有3种不同的选择性剪接产物，分别为npmTRIMCypV1-V3。进一步克隆和测序这3种不同选择性剪接体，通过丰度和序列分析证实：npmTRIMCypV2是优势剪接体，可能在该融合基因产物的功能中发挥作用。研究发现北平顶猴npmTRIMCyp融合基因主要转录本中外显子7和8均被剪切掉。外显子7剪接丢失机制源于TRIM5第6内含子内 3’剪接位点的G/T突变。我们克隆了npmTRIMCyp融合基因cDNA的蛋白编码区ORF，并构建了重组表达npmTRIMCyp的载体，转染HeLa和HeLa-T4细胞并获得稳定表达的细胞株。通过感染HIV-1证实，npmTRIMCyp融合蛋白不能够限制HIV-1的感染和复制，这可能是北平顶猴作为旧大陆猴中唯一对HIV-1易感的灵长类动物的重要分子机制之一。通过HIV-1感染灵长类动物PBMCs实验证实，北平顶猴可以感染HIV-1。npmTRIMCyp可以有效地限制HIV-2ROD的复制，但对SIVmac239只有十分微弱的限制活性。通过构建鹰猴omTRIMCyp和北平顶猴npmTRIMCyp的置换剪接体（SWAP-1和SWAP-2），转染融合基因及其置换剪接体的CRFK细胞激光共聚焦实验证明，npmTRIMCyp、SWAP1和SWAP2在细胞内主要存在于胞浆中。稳定表达融合蛋白和置换剪接体的CRFK细胞感染HIV-1-GFP-VSVG分析表明，含omTRIMCyp外显子7的SWAP-1和SWAP-2均具有限制HIV-1活性，但SWAP-1的活性更强一些，这表明TRIM5结构域的外显子7可能在介导对HIV-1的限制活性中发挥了协同辅助作用。免疫共沉淀研究表明，npmTRIMCyp不能识别和结合HIV-1的衣壳蛋白。对北平顶猴中介导识别逆转录病毒区域的基因组部分进行了测序，共鉴定出46个多态性位点，表明在北平顶猴识别逆转录病毒衣壳区域存在较高的多态性。

合胞素在白血病和淋巴瘤细胞中的表达及意义研究

人类内源性病毒(HERVs)是远古具有感染能力的逆转录病毒整合于人类基因组的遗迹, 大约占人类基因组的3%~8%，至少包括31个家族。它们通过不同的途径参与人类各种生理和病理活动的调节过程。大多数人类内源性病毒的基因, 由于基因的突变或部分缺失而失去了转录的能力。但有些基因依然保持完整的开放读码框, 能翻译成有功能的蛋白, 如HERV-W家族的囊膜蛋白合胞素基因, 可以被转录并翻译成有功能的蛋白质。目前合胞素的生理功能以及在各种病理过程中的作用机制仍然不清楚。国内对于合胞素的功能研究处于起步阶段，尚无商品化试剂，而且也没有合胞素抗体制备的报道。我们通过PCR扩增人合胞素基因编码区的DNA片段，将其克隆入原核表达质粒pET30a (+)，转化大肠杆菌 BL21，诱导产生了合胞素-His融合蛋白。采用割胶回收的方法纯化目的蛋白, 免疫新西兰白兔, 制备了多克隆抗体。最后通过ELISA、Western-Blot和免疫组织化学等方法检测抗体的效价和特异性。我们成功表达并纯化了合胞素-His融合蛋白, SDS-PAGE分析表明融合蛋白主要以包涵体形式存在；ELISA法测定抗体效价为 1:10 000；Western-Blot和免疫组织化学结果显示所制备的抗体能特异性识别合胞素蛋白，为下一步研究合胞素的生物学功能奠定了基础。我们首次发现，合胞素能够在白血病和淋巴瘤细胞系中表达。利用我们制备的抗合胞素多克隆抗体，我们进一步检测该基因是否在白血病和淋巴瘤患者的外周血中表达，所有患者的外周血标本，均来自云南省有关医院。作为对照，我们还检测了20 名健康志愿者的外周血细胞。实验证明，合胞素基因(包括 mRNA 和蛋白)也在白血病患者的外周血细胞表达，而不表达于健康志愿者的血细胞。在30 名不同的白血病和淋巴瘤患者中，有22 名有合胞素的表达。荧光实时定量RT-PCR 的方法比较了合胞素在细胞系和白血病患者外周血中表达的相对定量，发现合胞素基因在所检测的5 种淋巴细胞系、3 种粒细胞系和1 种淋巴瘤细胞系中都有相对稳定的表达，表达水平与C8166 细胞系相比，介于0.5-2 倍之间。而在白血病患者中的表达则介于1.8-33.4 倍不等。我们的结果提示，合胞素可能与白血病的形成有关，因为该基因表达的囊膜蛋白具有很强的促细胞融合活性，含有具有免疫抑制活性的肽段，而且已发现某些与其类似的蛋白有致瘤能力。

哺乳动物体细胞核移植影响因素的研究

题。 在已有的基础上，建立了基于单个植入前胚胎的逆转录-聚合酶链反应（RT-PCR）技术，成功实现了针对单个猕猴植入前胚胎进行可重复的，多个特定基因的表达检测。在此基础上，对一些重要的早期胚胎发育相关基因在猕猴体细胞核移植胚胎和体外受精胚胎中的表达进行了比较研究。这其中包括核仁相关蛋白基因nucleolin，nucleophosmin，fibrillarin，PAF53，UBF和mRNA早期装配相关蛋白snrpn，这些基因被认为与植入前胚胎的再程序化有着非常密切的关系。我们的研究结果发现，相对于体外受精胚胎，被检测基因在核移植胚胎中的转录出现了不同程度的异常，表现为表达丰度相对较低，这意味着体细胞核移植植入前胚胎的再程序化，或者说供体核的再程序化可能出现了异常。通过进一步对fibrillarin（胚胎合子基因组启动的标志基因）的表达研究，比较了合子基因组启动这一再程序化分子事件在核移植胚胎和体外受精胚胎中的发生时序。研究结果证实，体细胞核移植胚胎的合子基因组启动出现了明显的滞后。我们还发现这与核移植胚胎的异常卵裂速度有着一定的关联，同时说明某些源自核移植操作技术和方法的未知因素可能是造成核移植胚胎再程序化异常的主要原因。为了验证合子基因组滞后对核移植胚胎后续发育的影响，本论文研究分析了着床相关基因Mamu-AG在猕猴核移植胚胎中的表达。研究首次发现Mamu-AG mRNA只在囊胚期开始出现，这与在人类中的情况有所不同（始于8细胞时期）。在正常体外受精囊胚中，不论发育时间如何，第6和第7天的囊胚均正常表达Mamu-AG mRNA。而在核移植囊胚中，仅有第7天的囊胚检测到该mRNA，第6天的囊胚中则没有，这进一步说明了胚胎合子基因组启动的延迟是影响核移植胚胎发育的重要环节。 本研究从分子水平上对猕猴植入前胚胎基因转录和表达进行了分析研究，首次发现了在猕猴体细胞核移植胚胎中发育相关基因表达异常，以及合子基因组启动滞后的分子证据，这为我们改进现有的猕猴核移植操作程序提供了新的思路，同时也为进一步研究猕猴植入前胚胎发育的再程序化奠定了基础。

贾第虫的“双等核”及其保持等同机制的研究

贾第虫是一类寄生于肠道的单细胞原生动物，也被认为是目前已知的最原始的真核细胞。它的一个十分奇特和令人感兴趣的特点是：具有在形态和大小上都很相似的左右对称的两个细胞核。已有一些证据表明贾第虫的这样的两个核在其它一些方面也都很相似甚至完全相同，如两核的DNA含量相等，两核都含有rDNA和至少一套染色体，并且在DNA复制、转录和核分裂等功能活动方面也基本都是同步的。但是，这两个核在基因的组成方面是否完全一致，甚至两核之间的对应基因（等位基因）的序列是否完全相同呢？若是，贾第虫为什么需要这样两个完全“等价”的细胞核（“双等核”）？这两个核又是如何长期保持一致而不会因两个核内发生不同的基因变异而产生差异呢？此外，目前普遍认为贾第虫至少是四倍体，即每个核至少为二倍体。那么同一个核内的等位基因是否序列也一致？保持其一致的机制又是什么？这些问题不仅饶有趣味，而且对于揭示贾第虫特殊的遗传机制乃至真核细胞基因组倍性的起源进化等问题具有重要意义。 本文首先对其两个核内是否有相同的基因组成进行了检验。我们选择了三个执行不同功能蛋白的基因为代表以检验贾第虫的两个细胞核是否都含有这些基因。这三个基因分别是：DNA拓扑异构酶II基因（topII）, 核仁蛋白KRR1基因（krr1）和目前贾第虫中报道的极少数含有内含子的基因之一的铁硫蛋白基因（fes）。利用荧光原位杂交(FISH)技术在两个核中进行了定位分析。结果表明这几个代表性的基因在贾第虫的两个细胞核中都同时存在。这提示着贾第虫的两核中具有相同的基因组成，也表明贾第虫的这两个核可能在功能方面也是“等价”的。 其次，我们对其两个核中的等位基因是否具有一致的序列进行了检验，并对其两核之间以及同一核内的等位基因保持一致的机制进行了研究。选择前人文献报道的存在多态位点（即这些位点可能是易变位点）的两个基因：fen1和pdi为研究对象，在自己建立的一个贾第虫克隆培养系上进行单细胞PCR和测序的跟踪分析。跟踪分析了18个月（约分裂1600代）后，检测到如下结果：尽管在fen1基因上尚未发现位点变异的规律，但在pdi基因上发现存在几个位点会间歇出现套峰。据此我们推测套峰的出现可能是由于其中一个等位基因发生了突变，而后套峰消失则可能是突变被恢复。这种等位基因的修复机制很可能是基因转换（gene conversion）。进而我们在贾第虫基因组中找到了参与基因转换的很多酶基因的同源基因，RT-PCR的结果也表明这些基因在贾第虫中是活跃转录的。这进一步提示了贾第虫中发生基因转换的可能性。因此以上结果不仅表明贾第虫的两核之间和同一核内的等位基因的序列都是一致的，同时还说明基因转换可能是同一核内等位基因保持一致的机制。至于两个核之间保持等位基因序列一致的机制，我们采用了两种染核的方法对大量的贾第虫细胞进行了观察，以期能从中找到两核保持等同的证据。结果发现在大量细胞群体中存在一定比例的单核细胞和一侧含有两个核的细胞。据此我们推测：贾第虫可能通过发生一侧细胞核的丢失或萎缩，然后由另外一侧的核进行复制，经过核的重排恢复正常的左右核的状态。这可能就是贾第虫消除两核基因出现的差异，保持两核之间等位基因一致乃至两个核完全等同的机制。

几类“无线粒体”原生生物的DNA拓扑异构酶II基因及进化地位研究

以贾第虫、毛滴虫、内变形虫和微抱子虫等为代表的几类原生生物，不仅因为他们的寄生致病性而在医学上长期备受关注，它们的进化地位也是一个十分令人注目的问题。因为曾认为它们不具线粒体等细胞器，再加上一些分子系统学研究表明它们处在真核生物的最基部，因此不少人认为它们是在线粒体产生之前即已分化的极原始真核生物，其进化地位是处在原核生物向真核生物的过渡阶段，并有人称之为achezoa。这一发现一度被认为对探讨真核细胞（生物）的起源进化极为重要，是进化生物学上的重要突破。然而，近年来不断有新的证据对此提出质疑，其进化地位也就存在较大争议。本文首先利用PCR扩增、测序和基因组数据库搜索等技术方法鉴定了蓝氏贾第虫（Giardialamblia）、阴道毛滴虫（Trichomonasvaginalis）和痢疾内变形虫（entamoebahistolytica）的II型DNA拓扑异构酶基因序列。RT-PCR和序列分析表明它们均不具内含子。蛋白质序列搜索的结果表明它们与其它真核生物的DNA拓扑异构酶H是高度同源的。用生物信息学的方法，我们还对这些酶的性质进行了初步分析。分析还表明蓝氏贾第虫的DNA拓扑异构酶H具有一些不同于其．宿主的特征，如在ATPase区和中间区有六个插入，中间区要长大约100个氨基酸，而C端区又短大约200个氨基酸且富含带电荷的氨基酸残基。这些结果对研制以该酶为靶分子的专一性抗贾第虫药物具有指导意义。其次，将上述获得的序列数据结合GenBank数据库中已有的脑炎微抱子虫（Encephalitozooncuniculi）和其它一系列处在不同进化地位的真核生物的相应序列数据，用多种方法构建出分子系统树，对这些"无线粒体"原生生物的进化地位进行了探讨，并对"长枝吸引"对系统树的影响进行了分析。结果表明，由于DNA拓扑异构酶H的特点和可以克服"长枝吸引"等以往分子系统分析中的不足，所构建的系统树不仅能有效地反映出已普遍接受的真核生物各主要类群的系统关系，而且显示出这些"无线粒体"原生动物不同于以前系统树所反映的进化地位：它们并非是最早分支出来的真核生物，而是在具有线粒体的生物如动基体类或菌虫类等之后才分化的、分别属于不同进化地位的类群。结合近来它们中发现了类似线粒体细胞器等证据，我们认为这些所谓"无线粒体"的原生生物虽然其中有些种类（如以贾第虫为代表的双滴虫类）进化地位很低等，对探讨真核细胞的早期进化具有一定意义，但总体上它们并非过去所认为的那么极端原始，它们应该是线粒体产生之后才分别分化出来的不同生物类群

贾第虫microRNA 及其靶基因的预测与验证

MicroRNAs (miRNAs)是一类长约21-25nt 的非编码小分子RNAs，通过与靶基因的互补结合在转录水平及转录后水平来负调控基因表达。人们已在众多高等多细胞生物中如人、果蝇、线虫、拟南芥等鉴定出众多microRNAs 分子。近来报道单细胞原生生物衣藻中也存在大量microRNAs。然而到目前为止，在被很多证据证实是最原始的单细胞真核生物贾第虫中却仍未有microRNAs 的报道。那么到底贾第虫这种具有特殊进化地位的单细胞原生动物是否存在有microRNAs 呢？如果存在的话，其microRNAs 的特点是什么？与高等多细胞生物及单细胞衣藻的 microRNA 相比又有何异同点呢？贾第虫的microRNAs 是否与其致病性相关呢？已有研究表明，贾第虫基因组中存在与RNAi 相关的Argonaute（AGO）家族蛋白和Dicer 酶。有意思的是，这些与siRNA 引起RNAi 作用关键的蛋白AGO 和Dicer 同样也是miRNA 系统的关键成份，这就提示我们在贾第虫中很有可能也存在有miRNA 并发挥功能。有研究发现在贾第虫基因组中存在大量的非编码转录物，这些大量的非编码转录物中，是否都是后来所认为的为双向启动子转录有用基因时的副产物，还是也存在一些起调控作用的RNA 分子（如miRNAs 等），需要进一步的研究。本文利用生物信息学的手段，依据miRNAs 的生物学特征，结合多种计算机预测的方法，在贾第虫基因组中筛选可能的microRNAs 分子，结果共鉴定出50 个miRNAs 候选分子，这50 个可能的贾第虫miRNAs 不具有保守性，在已知的其他物种的miRNAs 中找不到同源物。用这50 个microRNAs BLASTN 贾第虫的蛋白质编码序列及其相邻5’端和3’端各200bp 的序列，来寻找这些microRNAs 所调控的靶基因。结果表明，寻找到的贾第虫miRNA 的靶基因除很大一部分未知功能的蛋白外，还包括了很多涉及不同功能的蛋白，如VSP 蛋白（various surface proteins）这样一类表面抗原蛋白，提示我们贾第虫miRNA 可能与其致病性相关。接下来我们对其中14 个预测的贾第虫microRNAs 进行了RT-PCR 检测并克隆测序，结果表明gla-mir-6, gla-mir-35 在贾第虫滋养体细胞中稳定表达。我们的研究第一次用生物信息学结合实验的方法在贾第虫寻找到了microRNAs，为下一步深入研究这些microRNAs 在贾第虫中的功能提供了可能。

贾第虫rDNA的研究

典型的真核生物有四种rRNA（18S、5.8S、28S和5SrRNA）。一般18S、5.8S和28S的基因分别由转录间隔区（ITS）隔开而位于同一个转录单位上构成一个rRNA基因拷贝，多个rRNA基因拷贝串联形成rDNA。rDNA聚集在一起构成核仁组织区（NOR），成为核仁发生的位置。5SrRNA基因除在少数真核生物（如：酵母）中是和18S、28S rRNA基因位于同一个转录单位上外，一般是处在核仁以外的区域。贾第虫一度被认为是现存最原始的真核生物。支持这一观点的一个重要证据之一就是它还不具核仁结构。那么它的rDNA与典型真核生物的相比会有怎样的特点呢？本文在基因组的水平上对贾第虫的rDNA进行了全面调查分析，并对5S rRNA及其相关蛋白进行重点研究，得到如下结果和结论： 1）贾第虫的18S rRNA（1448bp）基因和28S rRNA（2300bp）基因比其他一些真核生物的（一般为1800bp和3400bp）要小的多，甚至比一些原核生物的相应的rRNA基因还要小。不仅如此，其5.8S rRNA基因和28SrRNA基因之间的转录间隔区（ITS2）比典型真核生物的对应区域也要短得多（只有54bp），且GC含量较高。结构预测表明该间隔区不能形成在许多真核生物中所能形成的保守的二级结构。更特别的是，贾第虫基因组中的rRNA基因序列大部分都是不完整的，并且不按照18S-5.8S-28S rRNA基因顺序排列，也没有多个完整拷贝顺序排列的区域。这提示贾第虫rRNA基因可能是以一种不同于典型真核生物的方式聚集的。因此本文认为以上这些特点可能与贾第虫不能形成典型核仁结构有关。 2）本文从贾第虫基因组中鉴定出了5S rRNA基因，并实验验证了其表达及其完整基因序列所编码的5S rRNA具有典型真核生物的T型二级结构，且具有绝大多数保守位点。RT-PCR表明该基因具有转录活性。该结果否定了前人的贾第虫没有5S rRNA的实验结果。并表明贾第虫尽管很原始，但其5S rRNA基因仍然是独立存在的和单独转录的。贾第虫基因组中总共有8个5S rRNA基因拷贝（且其中还有一个拷贝具有15个bp的异常插入）这大大低于一般真核生物的拷贝数。这些5S rRNA基因也不形成串联排列的区域。 我们还在贾第虫中鉴定出在真核生物中唯一与5S rRNA接触的核糖体蛋白L5蛋白并验证了其表达，该序列与其他真核生物的L5蛋白相似性很高，这提示贾第虫在5S rRNA基因转录出核后与L5蛋白结合形成5S RNP的过程可能与典型的真核生物是一致的。此外，我们从贾第虫中鉴定不出符合典型真核生物TFIIIA因子特征的蛋白，这提示贾第虫5S rRNA的转录起始以及转录后出核的机制可能与典型真核生物不同。过去对贾第虫的研究表明高等真核生物里RNA聚合酶III所独有的四个亚基在贾第虫中找不到同源物，而这样不完整的RNA聚合酶III已经可以在贾第虫中完成5S rRNA的转录了，这表明RNA聚合酶III所独有的这些亚基可能是为了完成其他功能而进化出来的。

贾第虫中的基因转换研究

蓝氏贾第鞭毛虫（简称贾第虫）是一种低等的单细胞原生动物，因在全世界引起肠道疾病，并被认为是目前已知的最原始的真核细胞而备受关注。它具有两个左右对称的细胞核，在形态和大小上都很相似，至少都为二倍体。长期以来一直都未有其进行减数分裂或有性生殖的报道，因此被认为是无性繁殖的。目前仅发现其存在有丝分裂过程，而且滋养体的两个细胞核在复制分离等遗传活动方面保持各自独立的状态，分别将子代核传递到子代细胞中。综合以上情形，随着长期传代培养，贾第虫两个细胞核之间及单个核内等位基因之间应该会逐渐积累较大的差异（allelic sequence heterozygosity，ASH）。但事实是贾第虫具有极低的等位基因差异，是什么原因和机制所导致的呢？本文对此进行了如下两方面的研究。其一，采用单细胞PCR技术对fenI和pdi两个基因进行了长期的跟踪观察。研究结果表明，除了极少数的位点突变（在测序结果中表现为“套峰”）外，每次的测序结果几乎完全一致，这说明贾第虫两核间和一核内的等位基因是高度一致的，其等位基因差异性非常低。对套峰位置进行统计后我们发现，pdi基因中数个位点间歇性的出现套峰，暗示了突变发生而后又被修复的过程，这提示贾第虫中肯定存在一种生物学机制，能够修复等位基因的突变，我们推测这种机制很可能是基因转换（gene conversion）。其二，本文对基因转换的基本情况进行了系统的调查。根据已有的理论模型，总结出基因转换过程的主要步骤，以及与各步骤相关的基因；之后，利用同源搜索的方法，在贾第虫基因组中搜索上述基因的同源物。调查结果表明，基因转换过程的主要步骤对应的基因在贾第虫中都存在同源物，这提示在贾第虫中确实存在发生基因转换的可能性。然后，对上述在贾第虫基因组中找到的同源基因进行了荧光原位杂交（FISH）实验和RT-PCR实验。FISH定位实验结果显示，这些基因在两个细胞核中都有杂交信号，表明这些基因在两个细胞核中都存在。 RT-PCR实验结果进一步表明，这些基因在贾第虫中都是活跃转录的。根据以上结果，本文认为贾第虫中确实存在一个维持其极低的等位基因差异的机制，该机制极可能是基因转换。

真核生物FBPase和SBPase的进化研究

迄今为止，卡尔文循环是真核生物中唯一的二氧化碳固定途径。卡尔文循环利用NADPH和ATP将CO2转变成有机物，是自然界中有机物的主要来源。虽然，卡尔文循环中的酶促反应过程早在1956年就已经阐明，多数参与光合真核生物卡尔文循环的酶/基因的起源也有了较多的研究。但是，循环的5个关键酶中FBPase和SBPase的起源问题依然存在争议。本文首先对处于光合真核生物进化的关键地位的两种绿藻——衣藻和团藻中的FBPase进行了研究，进而对真核FBPase和SBPase进行了分子系统分析，以探讨光合真核生物中卡尔文循环的起源。 本研究发现：不同于一般光合真核生物中FBPase具有“胞质型”和“叶绿体型”两种亚型（分别参与糖异生途径和卡尔文循环），衣藻和团藻的基因组中只有一个编码叶绿体定位的FBPase （FBPase1）基因；多序列比对结果显示，FBPase1具有叶绿体型FBPase特有的参与光调节的氨基酸片段插入。再结合别人的“衣藻中的FBPase1的酶活性受光调节”的实验证据，本文认为该FBPase1为叶绿体型FBPase。有意思的是，通过搜索衣藻和团藻的基因组，本文发现了一个新型的FBPase酶基因（fbp2）。RT-PCR结果和EST数据均显示该基因在这两种绿藻中具转录活性。通过组装EST序列，获得了衣藻fbp2的cDNA和相应的蛋白序列。分析显示两种绿藻fbp2编码的氨基酸序列包含Li+-敏感磷酸酶基序（motif）和II类FBPase特有的FBPase_glpX结构域（domain）。这表明，该基因编码的蛋白（FBPase2）是II类FBPase。这是第一次在真核生物中鉴定得到这种原核型II类FBPase。分子系统分析进一步揭示了衣藻和团藻的共同祖先可能通过一次古老的水平基因转移事件，从放线杆菌亚纲的共同祖先中获得了该基因。由于放线杆菌亚纲II类FBPase具有胞质型FBPase的重要特征，因此推测所发现的FBPase2具有胞质型FBPase的特征。软件预测该FBPase2具有约20aa的信号肽，为叶绿体定位。再加上有研究表明衣藻的糖异生途径主要发生在叶绿体中。因此本文认为衣藻和团藻中也有两个FBPase同功酶；但与其它光合真核生物不同的是，胞质型FBPase发生了丢失，取而代之的是原核型II类FBPase参与其叶绿体中的糖异生途径。这种FBPase的不同情形很可能与这两种绿藻中独特的代谢途径区室化有关。 I 在细菌中，果糖-1，6-二磷酸和景天庚酮糖-1，7-二磷酸的去磷酸化是由果糖-1，6-/景天庚酮糖-1，7-二磷酸酶（F/SBPase）双功能酶催化的；但是，在光合真核生物中却是由底物特异的叶绿体型FBPase和SBPase分别催化的。通过结构域分析，本文发现细菌F/SBPase双功能酶可以划分为进化关系很远的两类（I类和II类）。通过选取来自更多细菌类群的代表序列，与真核FBPase和SBPase一起进行分子系统分析。结果显示，FBPase和SBPase既不是起源于I类F/SBPase双功能酶，也不是起源于II类F/SBPase双功能酶；而是分别起源于不同的真细菌I类FBPase。真核FBPase并没有与α-变形菌或蓝细菌FBPase聚在一起，却与不同类群细菌FBPase形成的clade形成姐妹枝。因此，尚不能明确真核FBPase起源于那类真细菌。真核SBPase形成的clade与ε-变形菌FBPase形成的clade在一起形成姐妹枝，表明SBPase很可能是通过一种未知机制起源于ε-变形菌的FBPase。 最后，基于上述研究结果并结合其它研究事实，本文还对光合真核生物中卡尔文循环的起源进行了探讨。

衣藻糖酵解途径的定位及其与卡尔文循环之间的协调

糖酵解作为细胞的基本能量代谢途径广泛存在于各类生物中。真核生物的糖 酵解一般都在细胞质中进行。然而，有报道发现少数物种如原生生物的动基体类、 少数藻类（如硅藻）中糖酵解途径却并非发生在胞质中，而是分别发生在糖酵解 体和线粒体中。在处于关键进化地位的单细胞绿藻—衣藻中，其糖酵解途径的亚 细胞定位一直存在争议。本文针对衣藻糖酵解途径的亚细胞定位问题开展了如下 两方面的研究工作，获得了一些重要结果： 1 衣藻糖酵解途径亚细胞定位的实验研究 本实验室曾利用生物信息学方法 对衣藻糖酵解途径的酶进行了鉴定和定位预测的理论分析，结果发现该途径的前 7 步主要发生在叶绿体，后3 步则主要发生在胞质。据此，本文选取了糖酵解途 径中具有代表性的几个酶(PFKa、PFKb、NAD+-GAPDH 和TIM)进行了GFP 定 位实验，以期通过实验验证该结论。结果表明，参与糖酵解途径第3、5、6 步反 应的酶（分别为PFK、TIM 和NAD+-GAPDH）确实定位到叶绿体。本文的研究 结果在一定程度上证实了以往的生物信息学理论分析结果--衣藻糖酵解途径的 前七步发生在叶绿体中。 2 衣藻叶绿体内糖酵解与卡尔文循环二者之间协调机制的研究 既然衣藻糖 酵解途径发生在叶绿体中，这势必与同样发生在叶绿体中的卡尔文循环途径发生 冲突。因为这两个途径有五步反应是逆向重叠的，它们之间是如何协调的呢？为 了探讨这一问题，本文开展了如下研究：首先，我们利用生物信息学方法对衣藻 全基因组中参与上述五步逆向重叠反应的酶进行了鉴定，并对它们的定位进行了 预测。结果发现，第一步有两个定位到叶绿体的PFK 催化糖酵解途径的反应， 其逆向反应则是由FBP 来催化；第四步在叶绿体中有两个利用不同辅酶（NAD+ 和NADP+）的GAPDH；第二步有两个拷贝的FBA（FBAa 和FBAb）定位到叶 绿体；而参与第三步与第五步的TIM 和PGK 仅有一个拷贝且是叶绿体定位。其 次，我们对这些参与五步逆向重叠反应且定位到叶绿体的酶进行了real time RT-PCR 实验，得到了它们的转录表达谱。PFK、FBAb 和NAD+-GAPDH 在整个 光照和黑暗中均表达恒定波动不大，但相对于PFK 和NAD+-GAPDH，FBAb 的 表达量却极低；而FBP、FBAa 和NADP+-GAPDH 在黑暗条件下表达量低且恒定， 而进入光照后表达量急剧增长，1 小时之后即能达到最高，表明这些酶的表达是 受光调节的；PGK 的转录表达情况则与FBP、FBAa 和NADP+-GAPDH 类似,也 是光照条件下表达量剧增，说明它也是受光调节的；TIM 在光照条件下也是有上 调趋势的，只是幅度较小，推测可能与其作为异构酶催化效率高有关。因此我们 认为PFK、FBAb 和NAD+-GAPDH 是专职参与糖酵解途径的，而FBP、FBAa 和 NADP+-GAPDH 是专职催化卡尔文循环反应的，通过光对它们表达的调节而 来协调它们各自参与的反应；而TIM 和PGK 则是两个代谢途径所共有的，它们 是通过光照、底物浓度等综合因素来调节它们所参与的反应方向进而达到两个途 径之间的协调。 该研究工作不仅对衣藻糖酵解途径的亚细胞定位进行了实验验证，还首次揭 示了衣藻同处叶绿体中的糖酵解与卡尔文循环两个途径之间的协调机制。

菜花烙铁头蛇毒去整合素的纯化、克隆及活性研究

蛇毒去整合素蛋白（disintegrin）家族一般具有分子量低、富含半胧氨酸和含有RGD三肽等结构特点，因其能与配基竞争结合细胞表面的整合素受体，干扰整合素的正常功能而呈现出多方面的生物学活性，如抑制血小板聚集、抑制肿瘤转移和诱导细胞凋亡等。本论文用凝胶过滤、反向高压液相等层析技术从我国云南产菜花烙铁头（Trimeresurusjerdonii）蛇毒中分离纯化到两个新的去整合素蛋白，分别命名为jerdonin和Jerdonatin。MALDI-TOF-MS测定jerdonin分子量为7483Da，jerdonatin分子量为80llDa，二者均属第二类去整合素。分别测定了其N末端25个氨基酸序列，发现与其它蛇毒来源的去整合素具有很高的相似性。提取菜花烙铁头毒腺总mRNA，通过反转录PCR（RT-PCR）扩增到两个去整合素cDNA序列，分别命名为TJDIS-1和TJDIS-2。TJDIS-1全长1528bp，TJDIS-2全长16O3bp，二者均包含编码信号肚区、前肤区、金属蛋白酶区、间隔肤区和去整合素区一属于P一H型金属蛋白酶家族。经推导的氨基酸序列和MALDI一TOF一MS分析，可确定TJDIS-1去整合素区编码jerdonin，TJDIS-2去整合素区编码jerdonotin。jerdonin全长71个氨基酸，jerdonatin全长72个氨基酸，二者均含12个半眺氨酸，且在C末端附近均含有去整合素家族的典型特征三肤序列一RGD。氨基酸序列比较分析显示，jerdon加与来源于侏响尾蛇（Sistrurusm.tergeminus）的去整合素tergeminin序列相似性最高，为82.2％。而jertionatin与来源于黄绿烙铁头（Trimeresurusflavoviridis）的去整合素CTF-I序列相似性最高，为97.2％，仅在RGD附近有两个氨基酸不同。jerdonin与jerdonatin序列相似性为67.6％。本论文还研究了jedonin和jerdonatin的生物学活性。二者均能强烈抑制ADP、胶原、凝血酶诱导的人血小板的聚集，IC50为100-300nM。jerdonin和jerdonatin还能够抑制B16肿瘤细胞增生，研究表明，jerdonin不仅能显著抑制肿块的生长，还能延长荷瘤小鼠的寿命。平均肿块体积由对照的5260．33枷，降低至2086.65mm3，小鼠平均寿命由对照的24.8天延长至30.5天，提高了22.98％。本论文也研究了jerdonin和jedonatin对小鼠精卵受精过程的影响，结果表明jordonotin能够呈剂量关系抑制精卵结合，但对精卵融合无影响。当jerdonatin用量为10.0μg／毗时，单个卵子的精子结合数由对照的95.31降为21.83。菜花烙铁头蛇毒去整合素蛋白的结构和活性鉴定，为去整合素家族的生物多样性研究提供了丰富的素材，同时也为血栓、肿瘤、生殖等生理或病理过程的研究提供了一个有力的工具。