Differential Reaction Kinetics, Cleavage Complex Formation, and Nonamer Binding Domain Dependence Dictate the Structure-Specific and Sequence-Specific Nuclease Activity of RAGs

During V(D)J recombination, RAG (recombination-activating gene) complex cleaves DNA based on sequence specificity. Besides its physiological function, RAG has been shown to act as a structure-specific nuclease. Recently, we showed that the presence of cytosine within the single-stranded region of heteroduplex DNA is important when RAGs cleave on DNA structures. In the present study, we report that heteroduplex DNA containing a bubble region can be cleaved efficiently when present along with a recombination signal sequence (RSS) in cis or trans configuration. The sequence of the bubble region influences RAG cleavage at RSS when present in cis. We also find that the kinetics of RAG cleavage differs between RSS and bubble, wherein RSS cleavage reaches maximum efficiency faster than bubble cleavage. In addition, unlike RSS, RAG cleavage at bubbles does not lead to cleavage complex formation. Finally, we show that the ``nonamer binding region,'' which regulates RAG cleavage on RSS, is not important during RAG activity in non-B DNA structures. Therefore, in the current study, we identify the possible mechanism by which RAG cleavage is regulated when it acts as a structure-specific nuclease. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Potential G-quadruplex formation at breakpoint regions of chromosomal translocations in cancer may explain their fragility

Genetic alterations like point mutations, insertions, deletions, inversions and translocations are frequently found in cancers. Chromosomal translocations are one of the most common genomic aberrations associated with nearly all types of cancers especially leukemia and lymphoma. Recent studies have shown the role of non-B DNA structures in generation of translocations. In the present study, using various bioinformatic tools, we show the propensity of formation of different types of altered DNA structures near translocation breakpoint regions. In particular, we find close association between occurrence of G-quadruplex forming motifs and fragile regions in almost 70% of genes involved in rearrangements in lymphoid cancers. However, such an analysis did not provide any evidence for the occurrence of G-quadruplexes at the close vicinity of translocation breakpoint regions in nonlymphoid cancers. Overall, this study will help in the identification of novel non-B DNA targets that may be responsible for generation of chromosomal translocations in cancer. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Sequence and structural basis for chromosomal fragility during translocations in cancer

Chromosomal aberration is considered to be one of the major characteristic features in many cancers. Chromosomal translocation, one type of genomic abnormality, can lead to deregulation of critical genes involved in regulating important physiological functions such as cell proliferation and DNA repair. Although chromosomal translocations were thought to be random events, recent findings suggest that certain regions in the human genome are more susceptible to breakage than others. The possibility of deviation from the usual B-DNA conformation in such fragile regions has been an active area of investigation. This review summarizes the factors that contribute towards the fragility of these regions in the chromosomes, such as DNA sequences and the role of different forms of DNA structures. Proteins responsible for chromosomal fragility, and their mechanism of action are also discussed. The effect of positioning of chromosomes within the nucleus favoring chromosomal translocations and the role of repair mechanisms are also addressed.

G-Quadruplex Structures Formed at the HOX11 Breakpoint Region Contribute to Its Fragility during t(10;14) Translocation in T-Cell Leukemia

The t(10;14) translocation involving the HOX11 gene is found in several T-cell leukemia patients. Previous efforts to determine the causes of HOX11 fragility were not successful. The role of non-B DNA structures is increasingly becoming an important cause of genomic instability. In the present study, bioinformatics analysis revealed two G-quadruplex-forming motifs at the HOX11 breakpoint cluster. Gel shift assays showed formation of both intra- and intermolecular G-quadruplexes, the latter being more predominant. The structure formation was dependent on four stretches of guanines, as revealed by mutagenesis. Circular dichroism analysis identified parallel conformations for both quadruplexes. The non-B DNA structure could block polymerization during replication on a plasmid, resulting in consistent K K+-dependent pause sites, which were abolished upon mutation of G-motifs, thereby demonstrating the role of the stretches of guanines even on double-stranded DNA. Extrachromosomal assays showed that the G-quadruplex motifs could block transcription, leading to reduced expression of green fluorescent protein (GFP) within cells. More importantly, sodium bisulfite modification assay showed the single-stranded character at regions I and II of HOX11 in the genome. Thus, our findings suggest the occurrence of G-quadruplex structures at the HOX11 breakpoint region, which could explain its fragility during the t(10;14) translocation.

稻属系统学若干问题的探讨

稻属（OryzaL．）是禾本科稻族(Oryzeae)中最大，也是分布最广的属，由于其包括亚洲栽培稻这一世界第一大粮食作物，对该属各方面的研究都相当多，系统与进化植物学研究也是如此。然而，由于该属分布跨及亚、非、美、澳各洲热带、亚热带地区，材料不易得到，故研究常缺乏系统性，属和属内一些种的界限仍然存在争议，属下组间特别是几个孤立类群间的系统发育关系也一直不很清楚，稻属与近缘类群间系统发育关系研究也很有限。为此，本文在以前学者研究的基础上，综合评述了目前稻属各分类系统，指出了目前普遍接受的观点和存在分歧，同时对稻属系统作了一些必要的修订;通过l7种野生稻的核型分析和通过原位杂交技术在稻属尝试性的应用，从染色体水平探讨了稻属与近缘类群间的关系以及稻属内物种间的关系;通过对lO个属28种稻族植物cp DNA上的trnK基因的限制性内切酶位点的分析，并综合其它证据，对稻属与近缘属间关系进行初步的探讨。主要的结论如下： 一、 17种野生稻核型研究表明： 1）所有种的间期核属染色中心型(chromocentertype)，染色中心较少或多，形状规则或不规则，散布于全核;前期染色体固缩特性属于近基型(proximal type)，2）Sect.Oryza所有种的核型很相似，均为n=5m+5sm+2t，其中第四对和第十对为st染色体，第十对为随体染色体，Sect. Brachyantha和SeCt. Padia的核型与前者有一定的差异，表现在随体染色体的位置和染色体的大小。0. brachyantha的核型特点并不支持将该种置于Sect. Oryza的观点。 对携带BC和CD基因组的四个种的核型分析表明，其染色体组成并非是二倍体染色体组成的叠加，说明其形成后发生了二倍化的分化，综合各方面证据， 我们支持携带BC基因组的两个四倍体种属双系起源， 而携带CD基因组的四倍体之起源与亚洲携带C基因组的物种有关的观点。3）对国内8个居群的药用野生稻（0．officinalis）核型研究表明，所有居群均为二倍体，未发现以前学者所报道的四倍体类型。药用野生稻为一多型种，通过初步的形态学比较分析，我们认为斯里兰卡分布的根茎野生稻O.rhizomatis很可能是药用野生稻这一多型种适应于季节性干旱环境的一个生态型。4）以前学者认为稻属可能源于x一5的次级多倍化，我们不支持这一观点，从整个稻族所有属以及近缘的稻亚科其它三族的染色体基数来考虑，我们认为其祖先类群更可能的染色体基数为x-6。 二、原位杂交结果：1）确定了13个种的45s rDNA的位点数，其中所有携带A基因组的物种除亚洲栽培稻和O_ rufipogon之位点数有1和2的分化外，其余种皆为一个位点;B基因组也含一个位点，C基因组的两个种各含3个位点， BC基因组的两个种均具三个位点，E基因组含二个位点，携带CD基因组的稻种分别携带3和5个位点，其中位点有大小之分;2)利用C基因组作探针，B基因组作封阻DNA，在四倍体CD（O.latifolia）的染色体制片中确立了带C基因组的染色体。 三、用PCR-RFLP技术对稻族lO个属28个种的trnK基因的酶切位点变异进行了分析，发现：(1) trnK基因PCR扩增产物长度约为2575bp，没有明显的长度变异，l7种内切酶处理，共得到72个酶切位点，占整个trnk基因全长的13.98%，72个酶切位点中52个为突变位点，33个为信息位点，利用52个突变位点，构建了28个种的树系图。(2)分支分析表明，稻族的lO个属共分为两组，一组为O.ryza和Porteresia，一组为其余的8个属;该结果明显不同于经典的族内划分。根据稻族各属现在的分布格局，认为稻族是禾本科早期分化过程中产生的类群，由于生境的相似，趋同演化和网状进化事件可能比较频繁，稻族的亚族划分可能存在一些不合理的成分。Porteresia coarctata, Rhynchoryza subulata，Leersia perieri三种以前曾被置于稻属，根据分支图，后两种位于分枝图的第二支，与稻属各种分化较大，而P．coarctata与稻属聚在一起，说明两者在锻汰基因的变异式样是相似的。综合各方面资料，我们认为P. coarctata可能是稻属适应于海滩耐盐环境的一个特化的类群。 (3)稻属的Sect. Oryza所包括的两个系Ser.Oryza与Ser.Latifolia仅在一个酶切位点上有差异，说明其间关系非常密切，Sect. Padia中的两个系Ser. Meyerianae和Ser.Ridleyianae与Sect.Oryza所包括的两个系Ser. Oryza与Ser. Latifolia有明显分化，两个孤立类群O brachytrntha f770．scl71echteri与Ser. Ridleyi聚在一起。 这一结果与Vaughan(1994)将两孤立种和O.ridteyi复合体同置于其系统中的Sect. Ridleyanae是吻合的。

芍药属芍药组的变异与进化：形态、染色体和分子证据

芍药属Paeonia是芍药科Paeoniacea内唯一的一个属。包括大约35个种，间断性的分布于北温带地区。其内三个组分别是牡丹组(sect. Moutan)、北美芍药组(sect. Onaepia)和芍药组(sect. Paeonia)。芍药组是芍药属中最大，也是唯一具有染色体倍性变化的一个组，现有大约25个种。其中，大约半数的种是四倍体（2n＝20），主要分布于地中海地区。虽然有证据表明四倍体类群大多为异源起源，但芍药属内一致的核型、相似的形态和重叠的地理分布使得它们的起源和分类一直存在很大的争议。本研究利用了4个细胞核DNA片段（乙醇脱氢酶基因－Adh1和 Adh2;nrDNA的内转录间隔区－ITS;甘油－3磷酸乙酰转移酶基因－GPAT）和4个叶绿体DNA片段（matK基因;基因间隔区trnL-trnF、psbA-trnH和rps16－trnQ）对芍药组的网状进化进行部分重建。并在此基础上，对推测为杂交起源的P. anomala进行了形态学和细胞发生的研究。主要研究结果如下： 1． 芍药组的系统学 利用多个DNA分子标记(cpDNA: matK, rps16-trnQ; nrDNA: ITS, Adh1, Adh2)，芍药组的二倍体和四倍体类群的系统发育被部分重建。基于最大简约法、贝叶斯法和最大似然法的系统发育分析表明： (a) 除P. tenuifolia之外，所有地中海地区分布的二倍体类群构成一个单系分支。该支与亚洲分布的二倍体类群以及P. tenuifolia成并系关系。 (b) 核和叶绿体DNA系统发育树的不一致，以及ITS、Adh基因的多态性的分析，表明部分二倍体类群间和四倍体类群间都存在杂交事件。这些类群包括：中国新疆阿勒泰地区分布的二倍体种P. anomala和P. intermedia（杂种个体XJ053）;高加索地区分布的二倍体种P. tenuifolia和P. daurica（杂种个体H9933）;土耳其分布的四倍体种P. mascula和P. kesrouanensis（杂交个体在两个居群中检测到）。 (c) 不一致的核和叶绿体DNA系统发育树，以及Adh基因表现出的相同多态性模式进一步支持早先的推测，即四倍体类群P. arietina是异源四倍体。同时扩大的数据分析显示P. obovata近缘类群为其母系亲本，P. tenuifolia近缘类群为其父系亲本。此外，形态上具有一定分化的两个亚种P. arietina ssp. arietina和P. arietina ssp. parnassica是多次起源。 (d) 现今地中海分布类群的近缘种参与了四倍体种P. kesrouanensis 和P. coriacea，以及P. wittmanniana和P. mascula的物种形成。依据Adh序列种内的多态性，初步推测P. kesrouanensis 和P. coriacea可能是异源四倍体，其另一个亲本与P. arietina母系亲本近源。而P. wittmanniana和P. mascula可能是同源四倍体。 (e) P. saueri和P. peregrina的两个亲本类群分别与P. tenuifolia和现今地中海分布二倍体种的近缘类群。 (f) Adh1基因序列中近缘的重组类型暗示：四倍体种P. macrophylla和P. banatica很可能是同倍性杂种。 2． P. anomala的杂交起源和细胞发生 P. anomala新疆阿勒泰地区分布的居群核型第一次被报道。该地区分布的类群核型为2A型(核型公式：2n = 2x = 10 = 6m+2sm+2st)。减数分裂的观察统计显示：阿勒泰地区所有检测个体都是臂内倒位杂合子。基于断片大小以及不同个体染色体桥和/或断片出现率的差异，我们发现该类群臂内倒位存在多态性。荧光原位杂交（FISH）证实P. anomala共有8个18S rDNA位点，并且定位了一个倒位片段在3号染色体的短臂上。此外，高频率的棒状二价体和单价体，以及低的同源染色体的配对系数说明该类群同源染色体间存在分化。染色体结构杂合能够导致部分花粉败育，所有被检测个体的花粉败育率约为8.8 – 29.4%。 扩大的居群取样以及多基因(cpDNA: matK, psbA-trnH, rps16-trnQ, trnL-trnF; nrDNA: ITS, Adh1, Adh2, Gpat)的系统发育分析，进一步支持P. anomala杂交起源于P. veitchii 和P. lactiflora的近缘类群。cpDNA片段和核DNA片段（ITS、GPAT）基因树间的不一致，以及P. anomala Adh1和Adh2序列表现出的多态性都支持该类群杂交起源的推测。不过，表型分析显示P. anomala在形态上偏向于P. veitchii。 3． P. obovata Maxim.四倍体类群的起源 与原先基于形态性状的认识不同，P. obovata 四倍体类群并不是一个严格意义上的同源四倍体。它起源于二倍体P. obovata中国和日本分布的两个地理亚种之间的杂交。Adh2基因仅在中国分布二倍体居群的扩增失败支持这一推测。此外，Adh基因系统发育分析显示：间断性分布于中国中部和中国东北部的四倍体类群是独立起源。

非损伤性方法的建立及其在亚洲黑熊分子遗传学研究中的应用

采用Bio-Rad公司“InstaGene Purification Matrix”从遗落于地上的亚洲黑熊单根毛发样品中提取出基因组DNA。此法简便、快速、仅需一个步骤---在该试剂中以100℃裂解细胞。不必再经酚和氯仿抽提。用PCR技术从这种毛发DNA中扩增了线粒体细胞色素b基因片断, 并测定了该片段的DNA。此项工作为开展亚洲黑熊及其他哺乳动物野生群体的分子遗传学研究奠定了基础。

中国5种珍稀绢蝶非损伤性取样的mtDNA序列及系统进化

应用非损伤性取样DNA测序技术测定了4种来自云南白马雪山和1种来自新疆天山的5种珍稀绢蝶的线粒体DNA细胞色素b基因部分DNA序列。PAUP3.1.1(简约法)数据分析软件构建该5个种绢蝶的分子系统树显示,爱珂绢蝶(Parnassius acco)和巴裔绢蝶(Parnassius baileyi)的亲缘关系比较接近,阿波罗绢蝶(Parnassius apollo)、珍珠绢蝶(Parnassius orlears)和西猴绢蝶(Parnassius simo)3种绢蝶均为相对独立的一支,其中西猴绢蝶分化较早,与形态学研究结果相吻合。

利用RAPD技术分析绵羊品种间遗传关系

利用随机扩增多态性DNA(RAPD)技术研究分析了三种绵羊杂交品种及一种纯种绵羊的基因组DNA多态性。用 10个随机引物对各品种实验羊的基因组DNA进行扩增 ,平均每个品种观察到约 94个标记。扩增结果以RAPDistanceProgram软件分析表明 :中国美利奴羊A品系与中国美利奴羊B品系的随机扩增多态DNA共享度最高 ,它们构成的姊妹群依次与哈萨克羊、中国美利奴羊多胎品系成为对应的姊妹品种。

稀土离子对若干生物物质影响的拉曼光谱研究

随着稀土在农业、畜牧业、工业及现代生物医学上的广泛使用，稀土元素将不可避免地通过各种途径进入人体。但稀土元素是否为人体必需元素目前并不清楚，研究稀土对许多生物功能的作用及其机理，阐明稀土进入体内后是有害?还是有益?成为一个迫切需要解决的基础性研究课题。而拉曼光谱技术较其他技术相比，在生物领域的研究中具有许多独特的优势，并己成为研究生物分子的一种有利工具。因此，应用拉曼光谱技术研究稀土离子对生物体系的作用便成为本论文的主要研究内容。目前，在稀土的生物效应研究中，拉曼技术的应用很少，本论文的许多工作都是国际上首次开展的。 一、细胞质膜微囊的拉曼光谱研究细胞质膜微囊被认为是细胞膜进行信号传递的部位，它由鞘磷脂、胆固醇、糖脂构成基本骨架。这一结构具有怎样的构象? 稀土离子对其构象有何影响? 这将是本论文试图解决的首要问题。我们针对由鞘磷脂、胆固醇、糖脂三者所形成的脂质体，首次应用拉曼光谱研究此三元膜的构象，同时研究稀土离子对此模拟膜的构象影响。结果表明：糖鞘脂、胆固醇的存在并没有改变鞘磷脂的0—C—C—N~+骨架构象，极性头仍然平行膜表面；随着胆固醇浓度上升，鞘磷脂脂双层有序性下降，流动性升高；糖鞘脂的加入，同样造成膜的有序性降低，流动性升高，与胆固醇不同的是，当糖鞘脂的浓度达到20 mol％时，膜的流动性最大。对于这种情况，我们认为，当糖鞘脂浓度大于20 mol％时，膜上将出现糖鞘脂 - 糖鞘脂这样的富集区，此时，糖鞘脂主要以自身聚集的形式存在于膜上，这一微区的形成将减弱糖鞘脂对邻近鞘磷脂的影响，对膜流动性的影响也将随之减弱。另外，糖鞘脂或胆固醇的存在，并不能影响对方对鞘磷脂构象改变的规律，这说明，二者在功能上是不拮抗的，它们在调节细胞膜的构象上起着相互补充的作用。稀土离子对鞘磷脂、胆固醇、糖鞘脂三者所形成的三元膜构象影响与对鞘磷脂双层膜的影响类似，即不改变鞘磷脂头基构象，但可造成膜的有序性降低，流动性升高。二、金属离子对牛血清白蛋白的作用结构的改变必将带来功能的变化，稀土离子生理作用的首要表现之一即是影响蛋白质的结构。本试验首次通过对加入稀土离子的蛋白质溶液的拉曼光谱进行分析，计算其二级结构，最终获得稀土离子对蛋白质二级结构的影响。我们具体分析了稀土离子Eu~(3+)和Dy~(3+)在不同浓度下(2.O * 1O~(-3)，2.0 * l0~(-4)，2.0 * 10~(-5)，2.0 * 10~(-8) mo1/L)对牛血清白蛋白的作用，结果表明牛血清白蛋白中18个酪氨酸都呈“暴露式”，即苯环上的0H基团是与溶剂H_2O分子形成氢键。稀土离子的加入没有改变酪氨酸的微环境。但色氨酸谱峰强度的改变说明：稀土离子加入蛋白中可能与暴露的色氨酸残基吲哚环作用，发生能量传递。我们应用拉曼光谱计算蛋白质二级结构的方法分别计算不同浓度稀土离子作用下牛血清白蛋白二级结构的变化，发现：牛血清白蛋白α -螺旋的含量随着稀土离子浓度的升高而降低，同时无规卷曲的含量逐渐升高。牛血清白蛋白氨基酸序列中共有3个色氨酸，分别为Trp-3、Trp-158和Trp-237。通过分析牛血清白蛋白的氨基酸序列，并且模拟牛血清白蛋白的二级结构，得知：当稀土离子浓度较低时，主要和Trp-3作用。随着离子浓度升高，稀土离子可能进一步和Trp-158发生作用，进而影响肽段的二级结构，使肽链的结构变得相对松散，刚性降低，α -螺旋的含量减少。三、应用二相关拉曼光谱研究稀土离子对血红蛋白和肌红蛋白的作用二维拉曼光谱作为一种较新的技术，在研究谱峰的细微变化方面具有独特优势。这一技术问世的时间只有几年，国内尚无文章发表。本试验主要研究在血红蛋白和肌红蛋白溶液中加入不同浓度的稀土离子，获得一系列共振拉曼光谱，对其进行二维分析，了解稀土离子对这两种蛋白的氧化态和自旋态的影响。结果表明，以稀土离子浓度作为微扰，稀土离子对血红蛋白和肌红蛋白结构的影响是十分微弱的，以至于常规的拉曼光谱无法检测到这种变化，而二维相关光谱却表现了其高分辨率的独特优势。通过一维光谱得知：稀土离子没有结合在卟啉核上，二维同步相关光谱和异步相关光谱表明：稀土离子加入血红蛋白中，使结构敏感峰发生了同步的变化，且这种变化明显先于其它峰的变化，这说明：稀土离子使卟啉核的大小以及电子云密度发生改变。由于血红蛋白由血红素分子和珠蛋白两部分组成，血红素分子的这种变化只能是它所处的肽环境发生变化导致的，即稀土离子作用于血红蛋白的珠蛋白。结合血红蛋白与稀土离子作用的荧光光谱我们认为：稀土离子对血红蛋白的作用主要是结合到肽链上，改变了血红素所处的肽环境，使血红蛋白结构的刚性增加，这可能还意味着血红蛋白形变能力的降低。Ca~(2+)和稀土离子对血红蛋白的作用是十分相似的，二者都不与血红素分子直接作用，而是通过肽链影响卟啉核的电子排布和卟啉核的大小。四、金属离子对DNA的作用二价金属离子与DNA结合可以造成DNA多种结构变化，有关稀土离子与DNA作用的研究很少，而应用拉曼光谱技术研究这种作用的工作迄今未见报道。本论文将应用拉曼光谱技术研究稀土离子与DNA的相互作用，试图找到稀土离子在DNA上的结合位点，同时也研究了一些金属离子与DNA的作用，并将二者加以比较。得到了以下结果：1．Eu~(3+)、Dy~(3+)、Pr~(3+)、Lu~(3+)等稀土离子与Ca~(2+)、Mg~(2+)一样主要与DNA的P0_2~-发生结合，并且这种结合对脱氧核糖也产生影响，但对碱基不产生影响。2．Ni~(2+)、Zn~(2+)不仅和DNA的磷酸基团结合，同时也与鸟嘌呤的N7结合，并影响DNA的主链构型，但B型构象依然存在。3．Cu~(2+)离子可以与DNA的磷酸基团、鸟嘌呤的N7结合，但与碱基的结合更强，对DNA结构的影响也更大，它不仅改变DNA的构象，使B型构象消失，还影响碱基的堆积和糖基的振动。4．Ce~(3+)首先通过断裂磷酸基团，进而影响碱基的堆砌，造成A—T间氢键断裂，DNA的A—T富集区趋于解链，B型构象消失，DNA双螺旋受破坏。并且由于核糖 - 磷酸键的断裂，使脱氧核糖的振动也发生改变。5．所研究的这些离子对DNA结构影响的能力顺序为：Ce~(2+)> Cu~(2+)>Ni~(2+)、Zn~(2+)> Eu~(3+)、Dy~(3+)、Pr~(3+)、Lu~(3+)、Ca~(2+)、Mg~(2+)。

非洲爪蛙分泌型叶酸结合蛋白及NKX6.3在早期胚胎神经发育中的功能研究

叶酸是B族维生素的一员，参与体内一系列重要的生命过程包括DNA，氨基酸的合成，调控细胞周期，参与一碳单位供体循环，调节DNA,蛋白质甲基化等。叶酸的许多功能都和叶酸结合蛋白有关，体内有多种跨膜形式的叶酸结合蛋白，比如Folbp1，RFC，HCP等。以前的研究表明这些不同的叶酸结合蛋白具有不同的功能。分泌型叶酸结合蛋白是另外一类叶酸结合蛋白，在人类，小鼠，猪中都有序列报道，但是其功能却知之甚少。 我们在非洲爪蛙中鉴定出一个全新的分泌型叶酸结合蛋白并命名为Secreted Folate Binding Protein(sFBP)。在胚胎和转染细胞系中我们都证明该蛋白是分泌性的，表面等离子共振实验发现sFBP能够结合叶酸。在胚胎早期这个基因表达于粘液腺和神经板区域，神经管闭合后在神经管、粘液腺、眼睛，头部以及鳃弓都有表达。特异morpholino 阻断sFBP翻译后发现粘液腺发育异常，神经管闭合缺陷，前后体轴聚集延伸运动受到抑制，尾芽期胚胎表现出体轴缩短，无眼，小头或无头的表型。进一步研究发现显微注射sFBP morpholino 的胚胎神经板区域细胞发生凋亡，中胚层和神经外胚层的一系列粘附分子表达异常，神经细胞的正常分化也受到抑制。通过显微移植实验我们还发现抑制sFBP的翻译后，神经嵴细胞的正常分化和迁移都受到抑制。但是，显微注射叶酸及其类似物或者显微注射甲基供体S-腺苷甲硫氨酸或者亮氨酸甲基转移酶都不能挽救阻断sFBP造成的表形，由此提示sFBP可能不是通过叶酸传统的参与营养合成或者甲基化的途径发挥作用。我们发现注射sFBP morpholino可以抑制Islet-1mRNA和蛋白质的表达，Islet-1的表达区域与sFBP类似。共同注射Islet-1 mRNA和sFBP morpholino可以极大的挽救sFBP morpholino的表型。最后通过morpholino特异阻断Islet-1的表达后，我们发现其表现出与sFBP morpholino类似的粘液腺发育缺陷，神经板细胞凋亡，小头无眼的表形。由此叶酸是B族维生素的一员，参与体内一系列重要的生命过程包括DNA，氨基酸的合成，调控细胞周期，参与一碳单位供体循环，调节DNA,蛋白质甲基化等。叶酸的许多功能都和叶酸结合蛋白有关，体内有多种跨膜形式的叶酸结合蛋白，比如Folbp1，RFC，HCP等。以前的研究表明这些不同的叶酸结合蛋白具有不同的功能。分泌型叶酸结合蛋白是另外一类叶酸结合蛋白，在人类，小鼠，猪中都有序列报道，但是其功能却知之甚少。 我们在非洲爪蛙中鉴定出一个全新的分泌型叶酸结合蛋白并命名为Secreted Folate Binding Protein(sFBP)。在胚胎和转染细胞系中我们都证明该蛋白是分泌性的，表面等离子共振实验发现sFBP能够结合叶酸。在胚胎早期这个基因表达于粘液腺和神经板区域，神经管闭合后在神经管、粘液腺、眼睛，头部以及鳃弓都有表达。特异morpholino 阻断sFBP翻译后发现粘液腺发育异常，神经管闭合缺陷，前后体轴聚集延伸运动受到抑制，尾芽期胚胎表现出体轴缩短，无眼，小头或无头的表型。进一步研究发现显微注射sFBP morpholino 的胚胎神经板区域细胞发生凋亡，中胚层和神经外胚层的一系列粘附分子表达异常，神经细胞的正常分化也受到抑制。通过显微移植实验我们还发现抑制sFBP的翻译后，神经嵴细胞的正常分化和迁移都受到抑制。但是，显微注射叶酸及其类似物或者显微注射甲基供体S-腺苷甲硫氨酸或者亮氨酸甲基转移酶都不能挽救阻断sFBP造成的表形，由此提示sFBP可能不是通过叶酸传统的参与营养合成或者甲基化的途径发挥作用。我们发现注射sFBP morpholino可以抑制Islet-1mRNA和蛋白质的表达，Islet-1的表达区域与sFBP类似。共同注射Islet-1 mRNA和sFBP morpholino可以极大的挽救sFBP morpholino的表型。最后通过morpholino特异阻断Islet-1的表达后，我们发现其表现出与sFBP morpholino类似的粘液腺发育缺陷，神经板细胞凋亡，小头无眼的表形。由此我们认为sFBP结合叶酸后可能通过细胞膜上的受体传递信号，并且Islet-1可能在sFBP的下游发挥作用。 神经嵴是脊椎动物特有的一群多潜能干细胞，产生于表皮和神经板的边界，在原肠运动之后这群细胞通过表皮间充值转换从神经管背侧迁移到不同的区域，分化成不同的细胞类型，包括外周神经系统，色素细胞，软骨等。神经嵴的发生是一个多步骤多基因参与的精细调控过程。目前理论认为最初由一些分泌性信号分子又叫形态生成素比如BMP,Wnt，FGF，Notch等通过不同浓度梯度的相互作用调节一组在表皮和神经板边界的转录因子（Msx、Pax3/7、Zic1、Dlx3/5等）的表达，即边界决定。这些边界决定因子进一步在预定形成神经嵴的区域激活神经嵴特化基因比如Slug/Snail、FoxD3、Twist、Sox9/10的表达完成神经嵴的特化（Specification）。 Nkx6.3是Nkx6家族的一个转录因子，RT-PCR显示其呈现母源性表达。特异抗体显示Nkx6.3蛋白第9期在整个胚胎都表达，大部分蛋白集中在细胞核，有少部分蛋白定位于细胞膜上；神经板时期主要定位于神经嵴区域的细胞膜上。过表达Nkx6.3会影响细胞粘连分子的表达，由此干扰正常的胚胎原肠运动和Activin诱导的动物帽聚集延伸运动。显微注射Nkx6.3特异morpholino阻断其蛋白表达会抑制神经嵴的marker基因Wnt8，Fgf8，Pax3，Msx1，Zic1，FoxD3，Slug的转录，阻碍神经嵴的发育。在动物帽中单独注射Nkx6.3可以在mRNA水平上诱导Wnt8、Fgf8另一方面抑制BMP4的表达进而诱导神经嵴基因Pax3，Zic1，Slug的表达。报告基因实验也显示Nkx6.3能够激活Wnt信号而在动物帽中抑制BMP信号。Nkx6.3蛋白功能域分析发现其EH1结构域（domain）参与对Wnt8信号的激活，而EH1结构域和HD结构域之间的连接区域（linker domain）参与对FGF的激活和对BMP的抑制。进一步在动物帽和胚胎中分析发现Nkx6.3对Wnt8的激活依赖于FGF家族受体信号但是不依赖于Fgf8。有趣的是4细胞时期过表达Nkx6.3促进Fgf8和Wnt8 mRNA表达，但是抑制边界决定基因Msx1、Pax3和神经嵴特化基因Slug的转录。在32细胞时期显微注射Nkx6.3可以在内源神经嵴发生区域抑制Slug的表达，而异位却诱导Slug的mRNA。我们发现与动物帽中对BMP的调节不同，在胚胎中，过表达Nkx6.3会强烈的激活Smad1蛋白在细胞核中的表达即BMP信号被激活，高的BMP信号会抑制神经嵴的发生。另外我们发现过表达Nkx6.3在胚胎中抑制Dlx5而在动物帽中却不影响Dlx5的表达水平，Morpholino阻断Dlx5会抑制Msx1、Pax3和Slug的表达。BMP信号和Dlx5在动物帽和在整体胚胎中对Nkx6.3的不同响应可以一定程度上解释过表达Nkx6.3在2个系统中对神经嵴基因Slug相反的影响结果。

The Ability of Secretory Leukocyte Protease Inhibitor to Inhibit Apoptosis in Monocytes Is Independent of Its Antiprotease Activity

Secretory Leukocyte Protease Inhibitor (SLPI) is a serine protease inhibitor produced by epithelial and myeloid cells with anti-inflammatory properties. Research has shown that SLPI exerts its anti-inflammatory activity by directly binding to NF-κB DNA binding sites and, in so doing, prevents binding and subsequent transcription of proinflammatory gene expression. In the current study, we demonstrate that SLPI can inhibit TNF-α-induced apoptosis in U937 cells and peripheral blood monocytes. Specifically, SLPI inhibits TNF-α-induced caspase-3 activation and DNA degradation associated with apoptosis. We go on to show that this ability of SLPI to inhibit apoptosis is not dependent on its antiprotease activity as antiprotease deficient variants of SLPI can also inhibit TNF-α-induced apoptosis. This reduction in monocyte apoptosis may preserve monocyte function during inflammation resolution and promote infection clearance at mucosal sites.

A Secretory Leukocyte Protease Inhibitor Variant with Improved Activity against Lung Infection

Secretory leukocyte protease inhibitor (SLPI) is an important respiratory tract host defense protein, which is proteolytically inactivated by excessive neutrophil elastase (NE) during chronic Pseudomonas infection in the cystic fibrosis (CF) lung. We generated two putative NE-resistant variants of SLPI by site-directed mutagenesis, SLPI-A16G and SLPI-S15G-A16G, with a view to improving SLPI’s proteolytic stability. Both variants showed enhanced resistance to degradation in the presence of excess NE as well as CF patient sputum compared with SLPI-wild type (SLPI-WT). The ability of both variants to bind bacterial lipopolysaccharides and interact with nuclear factor-κB DNA binding sites was also preserved. Finally, we demonstrate increased anti-inflammatory activity of the SLPI-A16G protein compared with SLPI-WT in a murine model of pulmonary Pseudomonas infection. This study demonstrates the increased stability of these SLPI variants compared with SLPI-WT and their therapeutic potential as a putative anti-inflammatory treatment for CF lung disease.

A RG-II type polysaccharide purified from Aconitum coreanum and their anti-inflammatory activity

Korean mondshood root polysaccharides (KMPS) isolated from the root of Aconitum coreanum (Lévl.) Rapaics have shown anti-inflammatory activity, which is strongly influenced by their chemical structures and chain conformations. However, the mechanisms of the anti-inflammatory effect by these polysaccharides have yet to be elucidated. A RG-II polysaccharide (KMPS-2E, Mw 84.8 kDa) was isolated from KMPS and its chemical structure was characterized by FT-IR and NMR spectroscopy, gas chromatography–mass spectrometry and high-performance liquid chromatography. The backbone of KMPS-2E consisted of units of [→6) -β-D-Galp (1→3)-β-L-Rhap-(1→4)-β-D-GalpA-(1→3)-β-D-Galp-(1→] with the side chain →5)-β-D-Arap (1→3, 5)-β-D-Arap (1→ attached to the backbone through O-4 of (1→3,4)-L-Rhap. T-β-D-Galp is attached to the backbone through O-6 of (1→3,6)-β-D-Galp residues and T-β-D-Ara is connected to the end group of each chain. The anti-inflammatory effects of KMPS-2E and the underlying mechanisms using lipopolysaccharide (LPS) - stimulated RAW 264.7 macrophages and carrageenan-induced hind paw edema were investigated. KMPS-2E (50, 100 and 200 µg/mL) inhibits iNOS, TLR4, phospho-NF-κB–p65 expression, phosphor-IKK, phosphor-IκB-α expression as well as the degradation of IκB-α and the gene expression of inflammatory cytokines (TNF-α, IL-1β, iNOS and IL-6) mediated by the NF-κB signal pathways in macrophages. KMPS-2E also inhibited LPS-induced activation of NF-κB as assayed by electrophorectic mobility shift assay (EMSA) in a dose-dependent manner and it reduced NF-κB DNA binding affinity by 62.1% at 200µg/mL. In rats, KMPS-2E (200 mg/kg) can significantly inhibit carrageenan-induced paw edema as ibuprofen (200 mg/kg) within 3 h after a single oral dose. The results indicate that KMPS-2E is a promising herb-derived drug against acute inflammation.

Polimorfismos del gen Butirilcolinesterasa responsables de reacciones adversas en pacientes consumidores de “cocaína”

La butirilcolinesterasa humana (BChE; EC 3.1.1.8) es una enzima polimórfica sintetizada en el hígado y en el tejido adiposo, ampliamente distribuida en el organismo y encargada de hidrolizar algunos ésteres de colina como la procaína, ésteres alifáticos como el ácido acetilsalicílico, fármacos como la metilprednisolona, el mivacurium y la succinilcolina y drogas de uso y/o abuso como la heroína y la cocaína. Es codificada por el gen BCHE (OMIM 177400), habiéndose identificado más de 100 variantes, algunas no estudiadas plenamente, además de la forma más frecuente, llamada usual o silvestre. Diferentes polimorfismos del gen BCHE se han relacionado con la síntesis de enzimas con niveles variados de actividad catalítica. Las bases moleculares de algunas de esas variantes genéticas han sido reportadas, entre las que se encuentra las variantes Atípica (A), fluoruro-resistente del tipo 1 y 2 (F-1 y F-2), silente (S), Kalow (K), James (J) y Hammersmith (H). En este estudio, en un grupo de pacientes se aplicó el instrumento validado Lifetime Severity Index for Cocaine Use Disorder (LSI-C) para evaluar la gravedad del consumo de “cocaína” a lo largo de la vida. Además, se determinaron Polimorfismos de Nucleótido Simple (SNPs) en el gen BCHE conocidos como responsables de reacciones adversas en pacientes consumidores de “cocaína” mediante secuenciación del gen y se predijo el efecto delos SNPs sobre la función y la estructura de la proteína, mediante el uso de herramientas bio-informáticas. El instrumento LSI-C ofreció resultados en cuatro dimensiones: consumo a lo largo de la vida, consumo reciente, dependencia psicológica e intento de abandono del consumo. Los estudios de análisis molecular permitieron observar dos SNPs codificantes (cSNPs) no sinónimos en el 27.3% de la muestra, c.293A>G (p.Asp98Gly) y c.1699G>A (p.Ala567Thr), localizados en los exones 2 y 4, que corresponden, desde el punto de vista funcional, a la variante Atípica (A) [dbSNP: rs1799807] y a la variante Kalow (K) [dbSNP: rs1803274] de la enzima BChE, respectivamente. Los estudios de predicción In silico establecieron para el SNP p.Asp98Gly un carácter patogénico, mientras que para el SNP p.Ala567Thr, mostraron un comportamiento neutro. El análisis de los resultados permite proponer la existencia de una relación entre polimorfismos o variantes genéticas responsables de una baja actividad catalítica y/o baja concentración plasmática de la enzima BChE y algunas de las reacciones adversas ocurridas en pacientes consumidores de cocaína.