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1、1SHAANXI NORMAL UNIVERSITYExamination Test for the Postgraduates in Second Semester of 2009-2010 Academic YearMolecular Cell BiologyName: Student number: Major: Parts I (90%) II (10%) Total (100%)ScoresYour attention please:1. You must use the officially formatted test papers to finish the test.2. F
2、ill the blanks on the test paper clearly for your name, student number and major.3. Part I will be awarded with the full score grade at 90, and Part II at 10.4. All questions in English can be answered in Chinese or English.2Part I (90%, 9 for each)（90 分，每题 9 分）1. A statement about the regulation wa
3、ys of eukaryotic genes from genomic DNA to the functional products.试述真核生物基因由基因组 DNA 转变为功能性产物的调控方式基因表达的调控方式有： The supersensitive sites to DNAse:2. What are epigenetics and epigenomics? What are the main epigenetics ways by that an individual development can be regulated perfectly?什么是表观遗传学和表观基因组学？通过个体
4、发育调控表观遗传学的主要方法有哪些？表观遗传学是与遗传学(genetic) 相对应的概念。遗传学是指基于基因序列改变所 致基因表达水平变化，如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定等；而表观遗传学 则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化，如 DNA 甲基化和 染色质构象变 化等；表观基因组学(epigenomics) 则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。生物遗传信息表达正确与否，既受控于 DNA 序列，又受制于表观遗传学信息。表观遗传学主要通过 DNA 修饰、蛋白质修饰与非编码 RNA 调控 3 个层面上调控基因表达。1 DNA 甲基化（DNA methylation）甲基化是指生物
5、分子在特定的酶系统催化下加上甲基（-CH3 ）的生物化学反应，是普遍存在原核生物和真核生物中的 DNA 修饰作用。甲基化没有改变基因序列，但对基因表达起调控作用。在哺乳动物 DNA 分子中，甲基化一般发生在胞嘧啶（C ）碱基上。在 DNA 甲基转移酶（DNA methyltransferases,DNMTs ）催化下，甲基从 S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethione ）转移至胞嘧啶 5 位上，形成 5- 甲基胞嘧啶（m 5C）。在发生甲基化的胞嘧啶后通常紧跟着一个鸟嘌呤（G）碱基。因此，通常称胞嘧啶- 磷酸 - 鸟嘌呤或 CpG 的甲基化。在基因组中富含 CpG 位点的区域称为C
6、pG 岛（ CpG islands），人基因组序列约有 29,000 CpG 岛，约 60%的人基因与CpG 岛关联。3CpG 岛通常与基因表达的启动序列区域（promoter regions）相关，CpG 是否甲基化在基因表达中起重要作用。一般说来，DNA 甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则可诱导基因的重新活化和表达。脊椎动物基因的甲基化状态有三种：（1）高度甲基化状态, 如女性两条 X 染色体中的一条处于失活状态；（2）持续的低甲基化状态, 如细胞存活所需的一直处于活性转录状态的管家基因；（3）去甲基化状态, 如生物发育的某一阶段或细胞分化的某种状态下，原先处于甲基化状态的基因，也可以
7、被诱导去除甲基化，而出现转录活性。健康人基因组中，CpG 岛中的 CpG 位点通常是处于非甲基化状态，而在 CpG 岛外的 CpG 位点则通常是甲基化的。这种甲基化的形式在细胞分裂的过程中能够稳定的保留。当肿瘤发生时，抑癌基因 CpG岛以外的 CpG 序列非甲基化程度增加，而 CpG 岛中的 CpG 则呈高度甲基化状态，以致于染色体螺旋程度增加及抑癌基因表达的丢失。DNA 甲基化不仅影响细胞基因的表达，而且这种影响还可随细胞分裂而遗传并持续下去。哺乳动物一生中 DNA 甲基化水平经历 2 次显著变化，第一次发生在受精卵最初几次卵裂中，去甲基化酶清除了 DNA 分子上几乎所有从亲代遗传来的甲基化
8、标志；第二次发生在胚胎植入子宫时，一种新的甲基化遍布整个基因组，甲基化酶使 DNA 重新建立一个新的甲基化模式。细胞内新的甲基化模式一旦建成，即可通过甲基化以“甲基化维持”的形式将新的 DNA 甲基化传递给所有子细胞DNA 分子。2 组蛋白修饰（histone modification）组蛋白是一类小分子碱性蛋白质，作为真核生物染色体的基本结构蛋白质。组蛋白的共价修饰包括赖氨酸残基乙酰化、丝氨酸残基和苏氨酸残基的磷酸化、谷氨酸残基的 ADP-核糖基化、赖氨酸残基的泛素化与类泛素化（ sumolyation）、赖氨酸残基和精氨酸残基的甲基化等。赖氨酸残基的-氨基可形成一甲基化、二甲基化或三甲基化
9、物，精氨酸残基可形成一甲基化或二甲基化物。这些修饰成为组蛋白印记（histone imprints），现在也称为“组蛋白密码 ”（histone code）。组蛋白密码可被一系列特定的蛋白质所识别，并将其转译成一种特定的染色质状态，以实现对特定基因表达的调节，扩大了遗传密码的信息储存量。43 染色质重塑（chromatin remodeling ）真核生物染色质是一切遗传学过程的物质基础，染色质构型局部和整体的动态改变，是基因功能调控的关键因素。染色质的基本结构单位是核小体（nucleosome），每个核小体是由 5 种组蛋白和 DNA 链 200bp 组成，其核心颗粒是由 H2A、H2B 、
10、H3 和 H4 四种组蛋白各两个分子的八聚体和绕 1.8 圈的 147bp组成。当 DNA 绕到两圈时，约用 165bp，并结合上一个 H1 组蛋白分子。染色质重塑是指染色质位置和结构的变化，主要涉及核小体的置换或重新排列，改变了核小体在基因启动序列区域的排列，增加了基因转录装置和启动序列的可接近性。染色质重塑与组蛋白 N 端尾巴修饰密切相关，尤其是对组蛋白 H3 和 H4 的修饰。通过修饰直接影响核小体的结构，并为其他蛋白质提供了与 DNA 作用的结合位点。染色质重塑修饰方式主要包括两种：一种是含有组蛋白乙酰转移酶和脱乙酰酶的化学修饰；另一种是依赖 ATP 水解释放能量解开组蛋白与 DNA
11、的结合，使转录得以进行。通常，DNA 甲基化与染色质的压缩状态、DNA 的不可接近性，以及与基因沉默（gene silencing ）状态相关；而 DNA 去甲基化、组蛋白的乙酰化和染色质去压缩状态，则与转录的启动、基因活化和行使功能有关。这意味着，不改变基因结构，而改变基因转录的微环境条件就可以令其沉默，或使其激活。4 非编码微小 RNA（MicroRNA，miRNA ）的调节长期认为 RNA 仅仅从 DNA 获取遗传信息，并将信息转换成蛋白质。上世纪九十年代初期发现 2128 个核苷酸的 miRNA 能抑制植物基因表达。随后又发现双链 RNA（dsRNA ）注入线虫能诱导基因表达沉默。这种
12、现象称为 RNA 干扰（RNA interference, RNAi），利用 dsRNA 使目的基因沉默的技术即为 RNA 干扰技术（RNAi 技术）。现在认为，哺乳动物体内非编码的 miRNA 分子能通过染色质构建、RNA 编辑、转录与剪接、RNA 的稳定、翻译等多水平调控基因的表达3. What are the technologies of Re-programming and ChIP-Chip, what research projects we can use them on, and what genes can be used as the tool genes for Re-
13、programming technology?？什么是基因重组和染色体免疫沉淀芯片技术？它们可以应用到哪些研究项目？在基因重组过程中什么基因可以用作工具基因？5答：ChIP-Chip ：it is just a very new technology developed to check the distribution of the gene encoding regions of a repertoire of genes. CpG islands chip is the core element for ChIP-Chip technology. It is designated and
14、 manufactured combining the consideration of the relationship between the methylation of CpGs in genome and the acetylating modification of histones. ChIP-Chip technology has already been used to get the information about epigenetics and epigenomics. In the stem cell iPS technology (A bright new tec
15、hnology for stem cell research, I will present it to you later), ChIP-Chip technology is used to check the information about the stem cells induced by iPS technology.它的基本原理是在生理状态下把细胞内的蛋白质和 DNA 交联在一起，超声波将其打碎为一定长度范围内的染色质小片段，然后通过所要研究的目的蛋白质特异性抗体沉淀此复合体，特异性地富集目的蛋白结合的 DNA 片段，通过对目的片断的纯化与检测，从而获得蛋白质与DNA 相互作用的
16、信息。ChiP 技术的示意图：甲醛处理使蛋白质与 DNA 交联；超声波将染色质打断成一定大小；通过抗体沉淀蛋白质DNA 交联复合体；解除交联，纯化 DNA；实时定量 PCR 检测 DNA 的量应用：1.组蛋白修饰酶的抗体作为生物标记 2.转录调控分析 3.药物开发研究 4.有丝分裂研究 5.DNA 损失与凋亡分析Re-programming 重编程 : 已分化细胞的核基因组恢复其分化前的功能状态的过程。重编程工具基因：Nanog: Nanog was identified in 2003. It is expressed in embryo only and inhibits the differentiation of ESC. There is no nanog expression in differentiated cells.C-myc: C-myc is a distinguished proto-oncogen. If c-myc is d
