耐辐射球菌dr

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1、耐辐射球菌DR引言尽管地球上的生物都存在一定程度的DNA损伤修复能力,但它们普遍无法理想修复电离辐射带来的损伤。然而20世纪50代的一项发现,为我们研究如何提高生物的抗辐射能力开启了一扇新的视窗。1956年,美国科学家Anderson等[1]发现一种叫耐辐射球菌(Deinococcusradiodurans,DR)的粉色微球菌,因其对紫外、电离辐射、干燥及一些DNA氧化损伤剂等[2]具有超强抗性,而一直倍受生物医学以及核医学界的高度重视[3-8],它也是截至目前人类在地球上所发现的辐射抗性最强的生物之一。b,由

2、四个环状分子组成,包括染色体1和染色体2、大质粒、小质粒,其基因组中90.9%的区域可编码蛋白质。根据NCBI公布结果,该菌株有可预测其功能结构域的基因3195个,其中功能结构域未知的DR菌独有的基因达1002个。DR菌能动员1/3的基因组参与修复,使DR从致死的辐射损伤中存活下来。该菌十余小时就能精确修复由辐射造成的上千个断裂的DNA双链,而对于其他绝大多数的生物而言,少数的几个DNA双链断裂都将是致死性的。该菌超强的抗辐射性,比大肠杆菌高出200多倍[10],是20kGy剂量辐照下唯一存活的物种[11]。该

3、菌株几乎三分之一的基因为其基因组所特有。因此,研究该菌特有的与DNA修复及抗氧化功能相关的新基因,并阐明它们的生物学功能,会帮助我们更好地理解DR菌的极端抗性,这将为人类研究生物体辐射损伤防御体系,和研发抗辐射损伤技术提供新的设计思路与模型。随着科学家们对DR菌的这种极端抗性机制的不断研究,一些与辐射抗性有关的酶以及蛋白已经陆续地被报道,目前已有报道对一些重要的蛋白功能及其作用机制进行研究。有研究发现,对DR菌进行低剂量(3000Gy)辐射可激活DR_0221,DR_2566,DR_B0135三个基因(编码区类

4、似短修补核酸家族),它们可能参与短片段的高效修复等[12]。同时另有研究报道,DR菌经过800J/m2紫外辐射后DR_2566基因的表达上调[13]。本实验室利用KEGG与NCBI的ConservedDomain在线工具对DR_2566蛋白进行生物信息学分析其保守结构域(如图1),DR_2566为限制性内切酶家族(restriction_endonuclease_likesuperfamily)的一个成员,该家族包括极短补丁修复(VSR)内切酶,MutH甲基化介导的错配修复(mismatchrepair,MMR

5、)内切酶,结构特异性内切酶,含催化结构域的限制性内切酶,参与复制、重组和修复活动等。其结构域COG2852具有极短补丁修复核酸内切酶(Vsr)功能。基于以上研究成果,我们推测,DR_2566可能在DNA修复途径中起着重要的作用,但目前DR_2566在DR菌的功能尚不清楚。有待我们开展深入地研究。VSR是DNA修复途径之一,能在CC(A/T)GG和其他相似序列纠正T•G错配到正确的C•G[14]。VSR由vsr基因编码的Vsr核酸内切酶启动,Vsr过表达时,突变株大量的变异导致Dcm甲基化独立

6、[15,16]。高效的VSR需要MutS和MutL的参与。同时,这两个蛋白也在错配修复(MMR)过程中发挥重要的作用[17]。在许多细菌中,T•G错配可被DNA转葡糖基酶或VSR系统修复[18,19]。科学家们发现,在大肠杆菌E.coli中存在两种修复途径即错配修复(MMR)和极短补丁修复(VSR),能使该菌DNA受到5-甲基胞嘧啶的脱氨基作用而导致发生错配的T•G恢复为正确的C•G[20]。有研究结果指出,当细胞缺失Dam或MutL时,修复功能不受影响,而细胞缺失VSR相关蛋白时

7、Ada和Ogt甲基转移酶介导的O(6)mG•T时,修复能力有下降趋势。有数据证明VSR的存在可以高效修复O(6)mG•T错配。鸟嘌呤的甲基化可以稳定复制过程中出现的G•T碱基对,导致G•T错配的产生,这种错配具有细胞毒性,可致细胞死亡或产生G•C到A•T的中间突变型。Ada和Ogt甲基转移酶的半胱氨酸硫醇盐残基催化O(6)mG产生鸟嘌呤。RyePT等发现当细胞缺失Dam或MutL时,DNA修复功能不受影响,而细胞缺失VSR相关蛋白时Ada和Ogt甲基转

8、移酶介导的O(6)mG•T修复能力有下降趋势。有数据证明VSR的存在可以高效修复O(6)mG•T错配[20]。HeinzeRJ等通过采用生物化学和生物物理学方法研究MutL和Vsr的相互作用来阐述MMR与VSR这两种修复T•G错配途径的竞争和协同作用。分析超速离心实验证实Vsr和MutLN末端结构域的相互作用依赖于核苷酸。通过化学交联法我们绘制了MutL的

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