G4（G-quadruplex）DNA是一類特殊的DNA二級結構,其核心結構是四個鳥苷酸通過氫鍵形成的G-四分體平面,當兩個以上的平面在一價陽離子Na⁺或K⁺的穩(wěn)定下,就形成了G4結構。G4結構廣泛存在于基因組中,并且在DNA復制、轉錄、端粒代謝等多種生命活動中發(fā)揮著重要的作用。因此,正確的處理G4結構對維持基因組穩(wěn)定性意義重大。解旋酶是一種分子馬達蛋白,它依靠水解ATP獲得能量來打開核酸之間的氫鍵。釀酒酵母解旋酶Pif1（S.cerevisiae Pif1）是一類5’-3’DNA解旋酶,它不僅具有極強的G4解旋能力,而且在抑制端粒酶活性、促進岡崎片段的加工成熟以及核糖體DNA復制等過程中都發(fā)揮著重要作用。盡管酵母體內G4 DNA的數(shù)量及分布已經(jīng)通過生物信息學的方法得到,但是其結構特征仍然未知,Pif1對不同G4結構的解旋偏好性也不清楚。本文隨機選取了酵母體內的83條可能形成G4結構的序列,利用smFRET（單分子熒光共振能量轉移）、CD光譜和FRET熔化等實驗手段,系統(tǒng)的探究了酵母體內G4的結構特性及其與Pif1作用的機理,得到以下結論:（... 

【文章來源】：西北農(nóng)林科技大學陜西省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

G4結構示意圖

算法和基于高通量測序的方法對人類基因組中 G4 數(shù)量進行了新的檢測，識別出 716，310 個不同的潛在 G4 結構，表明人類基因組中有可能形成 G4 的區(qū)域數(shù)量顯著增加(Chambers et al. 2015)。有趣的是，這些假定的 G4 結構并非隨機分布在基因組中。在高等真核生物的復制起點附近經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有可能形成 G4 的序列（G-quadruplex formingpotential，QFP）。在 250，000 個人類復制起點中，大多數(shù)都存在 QFP 序列(Valton et al.2014)，說明 G4 的存在很可能與復制起始位點的識別有很大的關系。在人類基因組中，QFP 不僅存在于細胞核中，還存在于線粒體 DNA 序列中(Bharti et al. 2014; Damas et al.2012)。1.1.2 G4 DNA 結構特征事實上，許多富含 G 的 DNA 序列可以折疊成多個 G4 結構，這些結構可以同時存在并處于熱力學平衡中。G4 結構采用多種拓撲結構（如圖 1-2），根據(jù) DNA 鏈的極性可以將 G4 分為平行結構（parallel）、反平行結構（antiparallel）和混合結構（hybrid）。此外，G4 結構可以在一條鏈內（intramolecular）或多條鏈間（intermolecular）形成(Burgeet al. 2006)。本實驗所用到的都是分子內 G4。

人類端粒序列 d[AGGG(TTAGGG)3]主要折疊形成反平行籃式構型(Masiero et al. 2010)，而在 K+溶液中，更傾向于折疊成一種混合結構(Ambrus et al. 2006; Phan et al. 2007)。除此之外，Xue 等人發(fā)現(xiàn)，人類端粒 DNA 序列在 PEG 產(chǎn)生的分子擁擠條件下更傾向于折疊成平行結構的 G4。這種 G4 具有不尋常的穩(wěn)定性而且對端粒酶持續(xù)合成能力有著顯著的負面影響(Xue et al. 2007)。1.1.3 G4 DNA 的生物學功能自從 G4 結構被發(fā)現(xiàn)以來，一直吸引著人們對它的好奇心，越來越多的證據(jù)表明它們存在于基因組 DNA 和 RNA 中，這說明這些非典型的核酸結構在多種生命過程中可能起著重要功能（如圖 1-3）。關于 G4 DNA 功能研究最多的是 G4 在端粒中的功能。端粒是位于線性染色體末端的核蛋白復合體，在保護染色體不被降解、防止染色體相互融合、控制細胞周期等方面都發(fā)揮著重要作用(Zakian 2012)。端粒由富含 G 的重復序列串聯(lián)而成，其延伸由端粒酶控制。G4 對端粒的影響有利于弊。端粒 3 端形成的 G4 能保護端粒免受核酸酶或其他事件的降解。但是 G4 結構也會影響到端粒酶活性，其中分子間反平行的 G4 結構能抑制端粒酶的活性(Oganesian et al. 2006)。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于功能性核酸識別的熒光各向異性分析方法與應用[J]. 吳熙,裴曉靜,林若韻,劉鋒,李娜.  光譜學與光譜分析. 2017(01)



本文編號：3597391