基因调控机制的分子基础

项目名称： 糖脂代谢稳态调控的分子机制

首席科学家： 林圣彩 厦门大学

起止年限： 2011.1至2015.8

依托部门： 教育部

二、预期目标

1. 总体目标

确定机体和细胞在不同生理状况和环境因素下维持糖脂代谢稳态的分子机制，阐明在细胞生长和应激反应中起重要作用的调节因子调控细胞代谢的信号通路网络，为糖脂代谢紊乱造成的肥胖、脂肪肝、糖尿病和癌症的早期诊断和治疗提供理论依据。

2. 五年预期目标

(1) 建立对实验动物代谢相关的生理生化指标分析的技术平台，发现相关基因敲

除或转基因小鼠造成糖脂代谢紊乱的信号通路。

(2) 较系统地描述在逆境下机体和细胞调控糖脂代谢的分子网络以及调控过程中关键蛋白质和蛋白质复合体的动态调控机制。

(3) 发现新的参与代谢调控的基因，为代谢性疾病和肿瘤的防治提供新的分子靶标。

(4) 培养高质量博士研究生20-30名，培养3-5名享有国际知名度的专家和 5-8名中青年学术带头人。

(5) 在国际重要刊物发表SCI论文15-25篇，其中争取在Cell、Nature、Science或其子刊等影响因子10以上杂志发表研究论文5-10篇，申请发明专利3-5项。

三、研究方案

1. 总体研究方案

细胞能量代谢是细胞最基本、最重要的活动之一，与细胞的繁殖、分化、凋亡、运动、信号转导及多种重要疾病的发生密切相关，是生命科学的一个重要领域。细胞要通过能量感应系统随时监测其能量水平状态，在不同的物质和能量状态下要不断地通过细胞内的代谢调控途径来调节其代谢水平以达到一种稳态。同时，细胞在面对内外界一些不良因素时也会做出相应的代谢变化，这些应激反应对细胞正常的生长和功能是极其重要的。如果这些应激反应失调，就会使细胞代谢发生异变，导致如前所述的多种人类重大疾病的发生。本项目的总体研究方案拟利用我们在蛋白质科学、细胞代谢、细胞信号转导等研究领域的研究优势和技术手段，结合细胞生物学、动物生理学等学科的研究方法，集中力量多层次、多角度地研究与细胞代谢调控相关的信号通路网络，分离和鉴定参与细胞代谢调控的新的基因和信号通路，探讨各个信号通路之间的动态调控机制，并研究细胞异常代谢的信号通路，揭示代谢异常与糖尿病、肿瘤等重大疾病的关系。项目总体研究方案如下图1：

基因表达和调控的研究

随着科技的不断发展，基因研究逐渐深入人们的生活和健康领域。基因表达和调控是基因研究中的两个关键领域，在很多重要的生物学问题中扮演着至关重要的角色。本文将从基因表达和调控的相关内容入手，探讨其研究的现状、未来以及应用前景。

一、基因表达的研究

基因表达是指基因信息的传递、转录为RNA和转录后的RNA翻译成蛋白质的过程。在这个过程中，基因的表达活性可以被内外界因素所影响，包括DNA甲基化、染色质结构和转录因子等。在基因表达调控中，翻译和后翻译修饰等步骤对于确保蛋白质质量和活性起着至关重要的作用。

在基因表达的研究中，不仅需要研究基因的转录、翻译等过程，还需要深入了解表达水平的调控及其机制，包括基因剪切、后翻译修饰等。目前，高通量测序技术的逐渐成熟，使得科学家们可以在全基因组水平上研究基因表达水平和差异。这种技术的广泛应用，显著提高了我们对基因的理解和解读，同时也为医疗健康等领域提供了更加准确的诊断和治疗手段。

二、基因调控研究

基因调控是指环境和外部信号对基因表达的影响，包括DNA甲基化、染色质修饰和转录因子等。不同于基因表达研究的制定模式，基因调控研究需要通过实验数据的积累和分析来发现基因表达与调控的关系，探讨基因的作用及其机制。

传统方法通过西方印迹和定量PCR来探究单个基因的表达。然而，高通量测序技术的普及使得在整个基因组范围内探究基因表达和调控变得更为容易。通过高通量测序技术，我们可以了解多种外部信号对基因表达的影响，如病毒感染和药物作用等。这种研究模式成功地促进了基因调控机制的发现，为疾病诊断和治疗提供了新的视角和思路。

三、基因表达和调控的未来

基因表达和调控的研究是一个不断发展和进化的领域。高通量测序技术的应用使得相关的研究越来越成熟。近年来，全基因组编辑技术凭借其简单、高效和范围性等优点已经成为当前基因研究领域的热点研究领域之一。同时，新的高通量测序技术和分析方法的诞生也将会带来更多的进展和突破。

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生物素的分子作用机制及其对基因调控的影响

作者：楼秀余 楼圣婷

来源：《科学与财富》2015年第04期

摘 要：生物素是人体内维持正常生理机能所必需的一种维生素，它作为四种羧化酶的辅酶成分在哺乳动物体内的葡萄糖、氨基酸和脂肪酸代谢中起着重要调节作用。越来越多的研究表明，生物素对生物体基因表达的调控中起着重要的作用。本文综述了生物素的分子作用机制及其对基因表达调控的影响。

关键词：生物素；羧化酶辅酶；基因表达

生物素（biotin），是动物机体内维持正常生理机能所必需的维生素之一。由于生物素广泛分布于动植物中，在食物中分布较为广泛，而且动物肠道菌群能够合成生物素，因此，过去人们曾经认为食物中不会缺乏生物素。但是，由于人类科技的迅速发展，生活水平的不断提高，吃的食物越来越精细化，经常出现了生物素缺乏症的案例。尤其是那些爱吃在集约化条件下生产的快餐、方便面等加工食品的人群，更容易出现生物素缺乏症状。于是，人们开始重新审视和研究生物素的营养作用。近年来，生物素已成为人们最受关注的水溶性维生素之一。

一、生物素的化学结构和分子作用机制

生物素的化学结构中包括具有尿素与噻吩相结合成骈环的两个五元杂环，和一个带有五个碳原子的羧基侧链组成。天然的生物素主要以与其它分子结合的形式存在，在体内由侧链上的五个碳原子羧基与酶蛋白的赖氨酸s残基结合，发挥辅酶作用。生物素有8种不同的异构体，其中只有D-生物素具有生物活性。在一般情况下，生物素是相当稳定的，只有在强酸、强碱、甲醛、败脂肪、胆碱及紫外线照射才会逐渐被破坏。生物素是许多需ATP的羧化反应中羧基的载体，羧基暂时与生物素双环系统上的一个氮原子结合，如在丙酮酸羧化酶催化丙酮酸羧化成草酰乙酸的反应中。动物缺乏生物素会引起皮肤疾病和脱毛症。鸡蛋清蛋白含有能与生物素紧密结合的抗生物素蛋白，如果大量食用生鸡蛋，就会妨碍生物素的吸收，可导致人类生物素缺乏症。在正常情况下，人类肠道细菌合成的生物素可以满足人体正常新陈代谢的需要，不会发生生物素缺乏症。在生物体内，它几乎都是作为生物素酶的辅基与蛋白质的赖氨酸的ε-氨基形成共价键。其生理作用主要是由生物素酶引起的固碳作用及羧基转移反应。通过丙酰辅酶A羧化酶，乙酰辅酶A羧化酶，甲基丙二酸单酰CoA羧基转移酶等反应，参与糖和脂肪的代谢。在这些酶促反应中形成的N-羧基生物素作为中间产物。