家蚕结构特异性核酸内切酶BmFEN1在紫外线诱导的DNA损伤修复中的作用

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随着环境污染日益严重,阳光中的紫外线辐射所造成的危害也越来越引起人们重视。紫外线辐射的主要靶分子是DNA。紫外辐射导致生物体的DNA受损,从而影响遗传信息的传递,对地球上的生命具有严重的威胁。修复紫外线诱导的DNA损伤途径主要包括光复活,核苷酸切除修复及碱基切除修复。其中,核苷酸切除修复是修复紫外线诱导的DNA损伤的一个非常重要的途径,主要负责去除大量的加合物,例如由紫外线引起的环丁烷嘧啶二聚体。核苷酸切除修复一般包括以下几个步骤:识别损伤、切开损伤、切除损伤、合成新片段、连接。其中,在切开损伤这一步往往需要核酸内切酶来参与。结构特异性核酸内切酶FEN1(Flap endonuclease 1)是一个保守的多功能核酸酶,在DNA复制和修复中发挥重要作用。关于FEN1的相关研究集中在脊椎生物,在无脊椎动物中的特性和功能尚未得到详细研究。家蚕(Bombyx mori)是鳞翅目的代表种,作为我国重要的经济昆虫,除了用于丝绸工业,也被用作农业研究的模式昆虫。本研究以家蚕结构特异性核酸内切酶FEN1(BmFEN1)为研究对象,分析了其在紫外线诱导的DNA损伤修复中的作用。主要的研究结果如下:BmFEN1蛋白具有核酸内切酶活性。(1)原核表达纯化BmFEN1蛋白并进行核酸内切酶活性测定,发现BmFEN1蛋白在体外非特异性切割DNA。(2)表达纯化截短突变的BmFEN1蛋白并进行酶活测定,结果显示缺失N域和C域并不影响BmFEN1的核酸内切酶活性,推测I域是关键的核酸内切酶功能域。亚细胞定位分析发现BmFEN1主要聚集在细胞核中,构建融合表达带m Cherry标签的BmFEN1蛋白及截短BmFEN1蛋白的重组载体,通过观察红色荧光信号,分析BmFEN1及截短的BmFEN1在细胞内的定位。荧光观察发现BmFEN1蛋白C端的核定位信号非常关键,缺失该核定位信号后BmFEN1不再聚集在细胞核中,而是在细胞核和细胞质中均有分布。Bm NPV ORF Bm65是(GIY-YIG)核酸酶超家族的成员,并参与紫外诱导的DNA损伤的修复。Rad23通过识别DNA损伤并参与核苷酸切除修复(NER)。我们通过共转染实验表达带红色荧光标签的BmFEN1-m Cherry,带绿色荧光标签的Bm65-GFP及Bm Rad23-GFP,免疫荧光实验发现用紫外线处理细胞形成局部的DNA损伤后,BmFEN1与Bm65或Bm Rad23都特异性地在紫外线诱导的DNA损伤处发生共定位。我们推测BmFEN1与Bm65以及Bm Rad23在紫外线损伤修复途径中共同作用,帮助修复紫外线诱导的DNA损伤。BmFEN1蛋白在紫外线损伤修复途径中发挥重要功能。(1)BmFEN1能增强紫外线处理后大肠杆菌的存活率。(2)家蚕细胞过表达BmFEN1有利于更快地修复紫外线诱导的DNA损伤。综上所述,BmFEN1具有核酸内切酶活性,在体外非特异性切割DNA,然而在细胞内的活性受到限制和精细调控,具体作用机制还有待进一步的研究。BmFEN1由核定位信号引导至紫外线诱导的DNA损伤位点,能帮助修复紫外线损伤的DNA。当前的研究将为进一步了解BmFEN1的功能和探讨紫外线诱导的昆虫的DNA损伤修复机制提供参考。
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