可特异性启动内源性A20基因的人工转录因子的设计
人工转录因子(artificial transcription factor，ATF)技术是通过体外构建人工转录因子，入核后识别相应DNA上的特异性核酸位点，对特定基因的转录进行调控的一项新技术。一个合适的人工转录因子甚至可以调节某个基因家族或是整条代谢通路中的一系列相关产物，因此，人工转录因子在基础研究、肿瘤等疾病的基因治疗与抗病毒治疗等领域都具有广阔的应用前景。转录因子通常由两个非常重要的结构域组成，即DNA结合结构域(binding domain，BD)和效应结构域(effcterdomain，ED)。前者具有与特定DNA结合的特性，后者则发挥效应作用。由于人工转录因子可以进行模块化设计，通过改变DNA结合域可以灵活选择其作用靶位;改变其效应域则可以对于目的基因进行激活、抑制、甲基化等不同的调控，应用灵活而方便。实验证明，可把两类不同的结构域以模块形式在体外相互组合，构建新型的人工转录因子，进而调节相应基因的表达。在人工转录因子的设计过程中，构建能够识别特定基因序列的DNA结合域是核心内容，Cys2His2(C2H2)锌指蛋白可作为DNA结合域的一种理想的结构框架。A20蛋白属于胞浆内的一种锌指类瞬时调控蛋白，可抑制不同细胞因子(TNF-α、IL-1、NF-κB等)活化引起的细胞凋亡、过度的炎症反应、免疫排斥，甚至可影响肿瘤的转归等。 目的：设计可特异性启动内源性A20基因表达的人工转录因子。 方法与结果：(1)确定并克隆A20基因上游假定启动子序列：利用生物软件分析了A20基因上游序列并时A20基因的转录起始位点(TSS)进行定位。进而利用Gene2Promoter数据包以及McPromoter服务器确定了A20基因假定启动子范围。在此基础上，采用PCR方法成功了克隆A20基因假定启动子序列，双荧光素酶活性实验证实其具有启动子活性。 (2)设计可特异性结合A20基因上游启动子区的人工锌指蛋白ZFP：提交获取的启动子序列到Scrips的ZFTools在线服务器，经软件分析及BLAST比对，首先确定了3条18bp核酸序列作为预构建的人工锌指蛋白结合的靶序列。利用ZF Tools的锌指蛋白设计功能，针对靶序列，根据经典的C2H2锌指模型，设计了相应的人工锌指蛋白(zinc finger protein，ZFP)序列。利用生物软件及密码子的兼并性原理对获得的ZFP进行分析、优化，并对其理化性质及其结构特征进行了生物信息学分析，最终获取了1条优化的ZFP核苷酸序列，为后续工作提供了理论依据。(3)检测ZFP在细胞内的表达以及与A20基因假定启动子靶序列的结合活性：用基因工程技术构建了不同的表达载体，转染大肠杆菌及COS7细胞，分别利用RT-PCR、SDS-PAGE、Western印迹、EMSA等技术，显示ZFP可在原核与真核细胞内正常表达并具有相应的生物学活性。(4)人工转录因子ATF的构建、表达及活性分析：以模块组合方式设计ATF，包括如下结构：DNA结合结构域(ZFP)、效应结构域(NFκB亚基P65蛋白的激活域)、核定位信号(NLS)以及便于检测的FlagTag。脂质体转染ATF表达质粒到人脐静脉内皮细胞，分别应用免疫细胞学方法、RT-PCR、Western印迹、荧光素酶活性分析及EMSA检测，实验显示ATF融合蛋白可正常表达并具有相应的生物学活性。 结论：本研究利用生物信息学与分子生物学技术相结合的手段成功设计了可特异性启动A20基因的人工转录因子，为A20基因的进一步研究应用提供了较好的实验平台。
A20基因 人工转录因子 DNA结合结构域 生物信息学 可特异性启动 肿瘤基因治疗
魏勇
第三军医大学基础部解剖学教研室,重庆 400038
国内会议
北京
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74-76
2009-10-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）