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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(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(nicotinamide,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(regulatorofnucleoliar silencingandtelophaseexit),与rDNA的重复序列区 域结合,抑制rDNA重组和超数染色体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 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的功能至关重要,如Cys突变被 国家自然科学基金资助课题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