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1、Sir2基因与端粒沉默的研究进展生理科学进展2007年第38卷第2期Sir2基因与端粒沉默的研究进展卓郭宏兴张吉翔章诺贝(南昌大学第二附属医院消化科,江西省分子医学重点实验室,南昌330006)摘要转录沉默是基因表达调控的重要方式,它对于保持细胞的不同分化状态和维持染色质的稳定性至关重要.沉默信息调节因子2(silentinformationregulator2,Sir2)参与酵母交配型基因沉默(silentmatingtype),端粒区基因沉默以及核糖体DNA(rDNA)沉默.端粒区的基因沉默
2、可能是酵母衰老过程中的机制之一,处于沉默状态的染色质中的许多基因无转录活性,可能由此影响酵母生长.关键词Sir2基因;转录沉默;端粒;衰老中图分类号Q71;Q343转录沉默现象在酵母细胞基因表达研究中首先被发现.沉默信息调节因子2(silentinformationreg—ulator2,Sir2)基因能够同时结合于酵母交配型位点HM,端粒以及rDNA的重复序列区域,并参与抑制rDNA重组.Sir2与其他蛋白质结合成复合物发挥基因沉默的功能,细胞DNA损伤后的生理性修复和能量代谢过程也有Sir2
3、的参与.Sir2的研究表明,衰老有可能与基因沉默有关,因而从不同的侧面揭示了衰老的奥秘.一,Sir2基因及其基因家族Sir2位于酵母第4条染色体的左臂上,全长4649bp,编码一个562个氨基酸的蛋白质,编码区的前端有一段前导序列(SL).其cDNA序列由2393个碱基组成,含有一个开放阅读框架,一个5端非翻译区(untranslatedregion,UTR)和一个3端非翻译区.酵母Sir基因家族成员包括Sirl,Sir2,Sir3及Sir4.Sirl参与酵母交配型基因沉默,与具有起始识别复合物
4、(originrecognitioncomplex,ORC)功能的DNA结合蛋白结合,使基因转录沉默.Sir2具有ADP一核糖基转移酶活性(ADP—ribosyltransferases),能催化NAD和二甲基苯并咪唑(DMB)生成烟酸(nicotinicacid)和ADP一核糖一DMB,可能与DNA损伤后修复有关;更重要的是它具有依赖NAD的脱乙酰酶活性,Sir2被NAD激活后能够在组蛋白上脱乙酰基,产生氧代乙酰基ADP核糖(O—acetyl—ADP—ri—bose)和烟酰胺(nicotina
5、mide,NAM),导致酵母细胞中组蛋白乙酰化程度降低,使基因转录沉默.Sir2参与了两种不同复合物的组成,一个Sir2/Sir3/Sir4蛋白复合物,与交配型位点HM,端粒的抑制/激活蛋白l(repressor/activatorprotein,Rap1)和组蛋白(H,H)结合,使基因转录沉默.另一个Sir2/NetlfCdcl4蛋白复合物RENT(regulatorofnucleoliarsilencingandtelophaseexit),与rDNA的重复序列区域结合,抑制rDNA重组和超
6、数染色体rDNA环(ex—trachromosomerDNAcycle,ERC)形成.因此,Sir2在基因转录沉默中具有关键性的作用.(一)Sir2的结构与功能Sir2的N端结构域(94～198aa)和C端结构域(199～562aa)对于Sir2发挥基因转录沉默功能具有举足轻重的作用.N端结构域能使Sir2/Netl/Cdcl4蛋白复合物定点结合于rDNA的重复序列区域而使基因转录沉默.c端结构域内具有对Sir2/Sir3/Sir4复合物的形成有重要作用的"锌指"结构,Sir2C端结构域内的蛋白
7、394突变,明显降低了其端粒区基因转录沉默的功能.研究表明:该位点的突变使Sir2"锌指"结构不能形成,从而降低Sir2与Sir4的结合能力,进而阻止Sir2/Sir3/Sir4复合物的形成.由此推论,C端结构域是Sir2发挥基因转录沉默的功能性区域之'.——O通过x线晶体衍射方法发现Sir2与其同源蛋白(homologueofSir2protein,Hst2)有极相似的分子结构,都含有两个高度保守序列和由4个高度保守的半胱氨酸形成的"锌指"结构,半胱氨酸(cysteine,Cys)对于Sir2
8、的功能至关重要,如Cys突变被国家自然科学基金资助课题(30160032,30360037)通讯作者生理科学进展2007年第38卷第2期丙氨酸(alanine,Ala)取代后,则使Sir2在交配型位点HM,端粒以及核糖体DNA的重复序列区域的基因转录沉默作用丧失.研究发现,Sir2的同源蛋白Sir2一Aft由9个螺旋结构和8个B片层交叉排列形成两个功能性结构域J,一个功能性结构域是具有"锌指"结构典型保守序列的锌离子结合位点.另一个功能性结构域是由NAD的腺嘌呤.核糖,烟酰胺.核糖和深部的NAD
