生综考试终极版资料.doc
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1、生综一:基于BLAST序列比对的未知基因功能分析:1、利用其他字母掩盖低复杂序列区域,防止假阳性的产生。2、对查询序列作如下处理:(1)给定单词(word)长度w(一般蛋白质为3,核酸为11)和打分矩阵,将长度为n的查询序列从第一位到最后一位拿到n-w+1个单词(2)创建一个单词列表,其中的单词为经与上述单词比对打分后分数高于T的长度为w的单词。(3)单词表中的单词称为种子(seed),将单词表中的每一个单词在所有的数据库序列中找到其出现的每一个位置3、用动态规划的方法沿左右两个方向延伸种子直到打分不低于某一个临界分值(允许暂时低于该值)。得到的结果称为高分片段对(high-scoring s
2、egment pair, HSP)。4、BLAST算法得到的结果的统计显著性分析:计算E-value。它指对一个给定的打分值在随机情况下在数据库中搜索比对的结果数目的期望。结果:E值:越低越好;序列比对得分Score: 越高越好;高得分片段的相似度Identity:越高越好。同源建模步骤及应用SWISS-model:同源建模方法预测蛋白质结构。一般由四步完成。1。 从待测蛋白质序列出发,搜索蛋白质结构数据库(如PDB,SWISS-PROT等), 得到许多相似序 列(同源序列),选定其中一个(或几个)作为待测蛋白质序列的模板; 2。 待测蛋白质序列与选定的模板进行再次比对,插入各种可能的空位使两
3、者的保守位置尽量对齐; 3。 建模:调整待测蛋白序列中主链各个原子的位置,产生与模板相同或相似的空间结构待测 蛋白质空间结构模型; 4。 利用能量最小化原理,使待测蛋白质侧链基团处于能量最小的位置。动力学模拟在蛋白质结构分析中的应用(1)蛋白折叠研究;(2)酶催化反应机理研究;(3)蛋白结构与功能关系研究(4)蛋白模型优化;(5)配体-受体诱导契合研究;(6)自由能计算研究转录因子(核受体)的调控细胞核内,核受体通过三种基本的作用模式调节基因转录:1,核受体与其伴侣转录因子的二聚体受到其配体亲脂性小分子激活后结合至靶DNA的靶序列从而调节转录;2,该二聚体受到配体激活后招募其他转录因子,通过其
4、他转录因子与靶DNA的靶序列结合调节转录;3,该二聚体受到细胞表面受体或CDK蛋白激酶的激活而与靶DNA的靶序列结合调节转录。此外,最新研究发现核受体能够与胞浆蛋白发生相互作用,提示其可能具有转录因子之外的功能。细胞周期研究策略和方法:有丝分裂摇落法:得到M期细胞化学同步法:DNA合成阻断,同步于S期;中期阻断法,同步于M期。免疫组化、western blot:检测参与细胞周期调控的蛋白质Brdu掺入实验:鉴别S-期细胞显微注射:(在高倍倒置显微镜下,利用显微操作器(Micromanipulator),控制显微注射针在显微镜视野内移动的机械装置,用来进行细胞或早期胚胎操作的一种方法)细胞融合:
5、细胞核和细胞质对细胞周期进程的影响细胞凋亡的研究方法和策略:形态学检测:染色(HE染色、吖啶橙荧光染色、细胞骨架染色)、光镜观察、扫描电镜观察、投射电镜观察。DNA琼脂糖凝胶电泳(琼脂糖凝胶电泳是用琼脂糖作支持介质的一种电泳方法。其分析原理与其他支持物电泳最主要区别是:它兼有“分子筛”和“电泳”的双重作用。)tunel technique(DNA原位末端标记-tunel法染色)彗星电泳(包括测定DNA双链断裂的中性单细胞凝胶电泳技术和测定DNA单链断裂的碱性单细胞凝胶电泳技术)流式细胞检测(是一种在功能水平上对单细胞或其他生物粒子进行定量分析和分选的检测手段,它可以高速分析上万个细胞,并能同时
6、从一个细胞中测得多个参数,与传统的荧光镜检查相比,具有速度快、精度高、准确性好等优点,成为当代最先进的细胞定量分析技术)生综二:模式形式:各种类型细胞并非无序排列,而是按照一定的空间模式排列。原肠胚形成:原肠胚形成是由囊胚细胞迁移、转变形成的,它由三层细胞层构成:外胚层(ectoderm)、中胚层(mesoderm)、内胚层(endoderm)。在囊胚不断向内凹陷的过程中,形成外、中、内三个胚层,内胚层中间的空间是原肠腔。外胚层和内胚层最终形成组织的鞘,即上皮(epithelia),覆盖在器官的外表面和内表面。原肠胚外胚层发育成神经系统,感觉器官,表皮及其附属结构;中胚层发育成骨骼,肌肉,循环
7、,排泄,生殖系统等;内胚层发育成肝,胰等腺体,呼吸道,消化道的上皮。胚胎由囊胚继续发育,由原始的单胚层细胞发展成具有双层或三层胚层结构的胚胎,称为原肠胚(或神经胚)。程序性死亡:又名细胞凋亡,是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程。具体指细胞遇到内、外环境因子刺激时,受基因调控启动的自杀保护措施,包括一些分子机制的诱导激活和基因编程,通过这种方式去除体内非必需细胞或即将发生特化的细胞。程序性死亡的意义:作为细胞的一种基本生物学现象,在多细胞生物去除不需要的或异常的细胞中起着必要的作用。它在生物体的进化、内环境的稳定以及多个系统的发育中发挥重要的作用。1.结构和形态形成:PCD在器官发生和组
8、织重塑中发挥至关重要的作用。其中众所周知的就是高等脊椎动物中手指(脚趾)的形成。在胚胎发育期间借助于指间的细胞凋亡,我们才有了手指而不是鸭蹼。2.清除结构:在发育的过程中,机体借助于PCD清除掉那些不再需要的,发挥过渡功能的结构。其中包括进化残留物、单性别中需要或仅短暂发挥功能的结构。例如,人在胚胎阶段是有尾巴的,正因为组成尾巴的细胞恰当地死亡,才使我们在出生后没有尾巴。如果这些细胞没有恰当地死亡,就会出现长尾巴的新生儿。3.调控细胞数目:发育中的组织和器官主要依赖于细胞分裂和PCD之间的动态平衡以维持适当的细胞数目。大多数的器官,例如神经细胞、免疫系统和生殖系统均借助于PCD清除过度生成的细
9、胞。4.清除潜在危险。PCD还可在发育阶段和成人后的生命过程中发挥保护作用清除异常及潜在危险的细胞。如何提高ips的诱导效率:现阶段,iPS 细胞的获得效率很低,大约万分之几到千分之几。导致体细胞重编程为iPS 细胞效率低下的原因主要是因为现阶段对其相关的分子机制的研究尚不清楚。由于成体细胞通过去分化途径重编程为iPS 细胞是一个缓慢而复杂的过程,有诸多分子参与其中。而Oct-4、 Sox2、 Klf4及c-Myc这四个基本因子在iPS 细胞形成过程中的作用机制也尚不明确。再者,即使是最通用的通过病毒转染方式来诱导,其转染效率也并非100%,而同时表达四个因子的细胞比例就更低了。此外,这四个因
10、子诱导得到全能iPS 细胞也属于随机事件,而该事件依赖于体细胞中Oct-4等干性转录因子随机发生的渗漏表达以及表观遗传学的随机性变化。试想如果能够选择合适的成体细胞作为重编程起始细胞,加入恰当的小分子化合物来催化,把这种随机事件变成必然事件,必然会高效率的诱导iPS 细胞的形成低浓度氧环境。京都大学教授山中伸弥等人在iPS细胞研究过程中,发现机体内的干细胞总是集中于氧气相对少的地方。于是,他们在利用人体皮肤细胞培养iPS细胞时把培养环境的氧浓度从通常的21%降到5%,发现iPS细胞的生成效率可提高到原来的2.5倍至4.2倍。但如果进一步降低氧浓度到1%,就会适得其反导致部分细胞死亡。研究人员又
11、利用实验鼠的皮肤细胞培养iPS细胞,发现5%的氧浓度也是最合适的。小分子化合物的参与。越来越多的研究表明,通过不同转录因子的组合或者与小分子化合物联用,都可以极大提高鼠和人体细胞重编程为iPS 细胞的效率,这些小分子化合物在促进细胞重编程方面起重要作用。而当在培养液中加入小分子化合物BIX 或PD0325901 与CHIR99021,则可显著提高重编程效率。组蛋白甲基转移酶G9a 的抑制剂BIX-01294 最早被发现可替代Oct-4, 与其余的3 个重编程因子一起诱导NPCs 形成iPS 细胞。此外, BIX-01294 还可提高Oct-4 和Klf4 两个因子重编程NPCs 的效率。不同组
12、织来源的体细胞其诱导效率不同。Aasen等人研究表明,以从发根鞘部位生发的角质层表皮干样细胞为供体细胞,同样通过逆转录病毒介导表达Oct-4、 Sox2、 Klf4及c-Myc,成功诱导iPS 细胞形成,并经过mRNA水平检测,发现其诱导效率与成纤维细胞相比,大约提高了100倍,而且iPS克隆出现的时间也缩短至10天,出现速度也提高了近两倍。除此之外,信号转导通路的激活,如Wnt通路;表观遗传信息的修饰都可以提高iPS 细胞形成效率。1、化学物质,如TGF受体抑制剂2、小分子,如BIX-01294和BayK8644 中科院上海药物研究所/国家新药筛选中心的百人计划女博士谢欣,本研究工作得到中科
13、院干细胞先导专项及科技部重大科学研究计划的支持。Lithium, an anti-psychotic drug, greatly enhances the generation of induced pluripotent stem cells. Cell Research .2011-07-05干细胞具有在体外大量增殖和分化为多种细胞的潜能,可为再生医学的替代疗法提供充足的细胞来源。2006年以来,日美科学家利用病毒载体转染不同转录因子(Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc等),成功将体细胞重编程为诱导多能干细胞(iPS)。iPS细胞具有和胚胎干细胞类似的功能,却绕开了胚胎干细胞研
14、究一直面临的伦理和法律等诸多障碍,因此在医疗领域的应用前景非常广阔。然而病毒载体及原癌基因的应用使iPS的安全性受到质疑;而且iPS的诱导效率也有待进一步提高。因此科学家们一直致力于寻找新的方法来减少转录因子的数量、避免转录因子的整合并提高的重编程效率。博士生王荃、许新秀等在筛选了近两千个小分子化合物后发现,用于抗抑郁和治疗躁狂的老药LiCl能显著增加iPS克隆数。在小鼠体细胞重编程过程中,LiCl能提高四因子诱导效率5倍,三因子诱导效率近60倍,使重编程效率接近15%。在人体细胞重编程过程中,LiCl可有效提高Oct4单因子诱导人iPS的成功率。机理研究揭示,LiCl的促重编程作用并非主要通
15、过对GSK3b的抑制。与其他GSK3b抑制剂不同,LiCl不仅能增加干细胞基因Nanog的表达,还能提高Nanog的转录活性。LiCl还能通过降低H3K4特异性组蛋白去甲基化酶LSD1的表达来改变细胞的表观遗传修饰,从而提高细胞重编程效率。本研究不仅发现了有效提高重编程效率的小分子化合物,也部分揭示了重编程的机理,还为老药新用提出了新的思路。3、抑制p534、维生素C 诱导多能性干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS cells)是具有胚胎干细胞特性的一种细胞, 由体细胞诱导而来,可作为胚胎干细胞最好的替代品用于科学研究和临床治疗。但是iPS细胞的成功诱导
16、比较复杂,诱导效率一直是科学界的难题,通常每万个细胞才能诱导成功一例iPS细胞。最近,中科院广州生物医药与健康研究院裴端卿带领的研究小组发现,通过在培养过程中添加维生素C可使iPS诱导效率提高10倍。通过老鼠和人细胞实验发现,培养时添加维生素C可促进相关基因表达,推动体细胞进入重编程状态。Cell Stem Cell, 24 December 2009 Vitamin C Enhances the Generation of Mouse and Human Induced Pluripotent Stem Cells5、microRNAs ,如miR-291-3p, miR-294, and
17、miR-295北京大学生命科学学院邓宏魁研究组和北京大学定量生物学中心汤超研究组合作,首次证明小鼠体细胞编程可由调控分化的基因完成,并在此基础上提出细胞命运决定的“跷跷板模型”。2013年5月23日,该成果研究论文“Induction of pluripotency in mouse somatic cells with lineage specifiers”于细胞(Cell)期刊以封面文章形式在线发表。细胞同期还配发了希伯来大学Nissim Benvenisty教授对该工作的评论文章。 2006年,日本科学家Shinya Yamanaka发现向小鼠体细胞转入胚胎干细胞特异因子(OCT4, S
18、OX2, KLF4, c-MYC)可以完成体细胞的重编程。在此之后,细胞重编程领域普遍认为向目标细胞状态的转变需要依赖于在目标细胞中特异高表达的因子的诱导。因此目前发现的能在细胞重编程中发挥作用的因子均在胚胎干细胞中高表达并且与细胞干性维持紧密相关。 传统观点认为分化因子与干性因子是相互拮抗、相互抑制的。干性基因在胚胎干细胞中高表达,抑制分化基因;分化基因在胚胎干细胞中不表达或低表达,高表达这些分化因子将抑制干性因子,破坏胚胎干细胞多能性的状态,导致其分化。 邓宏魁研究组通过大规模筛选发现,细胞重编程中至关重要的干性因子OCT4能够被调控中内胚层(ME)发育和分化的因子(如GATA3,GATA
19、6,PAX1)代替;SOX2能够被调控外胚层(ECT)发育和分化的因子(如GMNN)代替。汤超研究组根据这一发现创新性地建立了“跷跷板模型”,该模型可更好地理解中胚层基因和外胚层基因在重编程过程中相互抑制和相互平衡的关系,这种关系可能决定了细胞命运的维持和改变。这一模型提供了诱导体细胞重编程的其它方法的预测,甚至还有一个出乎意料的模拟结果:如果同时过表达中内胚层和外胚层基因,就可以达到平衡从而同时替代SOX2和OCT4。进一步的实验结果也证实了这一可能,首次实现了用ME分化因子和ECT分化因子同时替代了细胞重编程过程中最关键的两个干性因子OCT4和SOX2。这一发现改变了向目标细胞状态的转变需
20、要由在目标细胞中高表达的因子诱导的这一传统观点,为研究细胞命运转变提供了新视角,为理解细胞重编程和细胞命运决定的机制提供了新认识。iPS诱导过程的分子调节机制:1. 标志物表达改变2. MET的调节3. 表观遗传学调节作用4. 信号转导 细胞重编程:指已分化的体细胞在特定条件下,其生长和发育的程序重新转变,成为另一型细胞,特别是恢复到全能性状态,逆转成诱导多能干细胞的过程。全能/多能/单能干细胞:干细胞(Stem Cell)是一种未充分分化,尚不成熟的细胞,具有再生各种组织器官和人体的潜在功能,医学界称为“万用细胞。干细胞(stem cells,SC)是一类具有自我复制能力(self-rene
21、wing)的多潜能细胞。根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞(embryonic stem cell,ES细胞)和成体干细胞(somatic stem cell)。根据干细胞的发育潜能分为三类:全能干细胞(totipotent stem cell,TSC)、多能干细胞(pluripotent stem cell)和单能干细胞(unipotent stem cell)。全能干细胞是指受精卵到卵裂期32细胞前的所有细胞。多能干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能,但失去了发育成完整个体的能力,发育潜能受到一定的限制。单能干细胞是只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化。光遗传学(optogene
22、tics):结合遗传工程与光来操作个别神经细胞的活性,发现脑部如何产生波(gamma oscillations),并为它们在调控脑部功能中的角色提供新证据,这将有助于发展一系列脑相关失调的新疗法。胶质递质(Gliotransmitters) :胶质递质是由胶质细胞释放的化学物质,能辅助神经元和其他胶质细胞的交流,通常由钙离子作为其释放信号。但是最近的研究对钙离子在其中的作用提出了质疑,或许还需要对这个定义进行修饰。该技术还可以推广到所有类型的神经细胞,比如大脑的嗅觉,视觉,触觉,听觉细胞等。AD的病理特征,预防和治疗的前沿展望1)病理特征:大体病理特征:大脑的萎缩:脑萎缩明显,大脑皮层变薄,脑
23、沟变宽变深,脑室扩大;大脑神经元数目减少显著,边缘系统的改变最为明显;脑组织中一般不存在较大的或明显的局灶性变化。组织病理特征:老年斑:核心是淀粉样蛋白(A);残存神经元突起;星形、小胶质细胞炎性增生;在边缘系统较多;神经原纤维缠结:神经细胞内的神经原纤维增粗、扭曲而形成缠结。常见于海马、杏仁核、颞叶内侧及额叶皮质的神经元。这一变化是神经元趋向死亡的标志;神经元变性丢失,星形和小胶质细胞增生2)预防:目前尚无明确的临床证据证明AD可以预防,但是在实验室水平获得的研究结果对预防有以下几点提示:有望接种疫苗来预防:(脑啡肽酶(neprilysin)可防止淀粉样蛋白蓄积,随年龄增长,负责生成脑啡肽酶
24、的基因功能出现衰退,因而导致AD;日本理化学研究所科学家将脑啡肽酶基因(neprilysin gene)植入AAV病毒载体,并注射到AD模型鼠血管中。结果显示,此基因在脑内帮助形成脑啡肽酶。接受注射鼠脑内A 比其他AD鼠减少约30,学习和记忆能力也恢复正常水平;这种基因注射疗法较一些脑神经疾病的基因疗法更简单易行,甚至将来有可能实现AD的预防接种。)降低大脑默认模式网络(DMN)易伤性的因素可以延缓A沉积并降低AD的风险: 减少DMN内的最有效的办法就是勤奋工作、尽情玩耍与充足的睡眠。阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD),又称老年性痴呆,是最常见的痴呆类型 AD是一种具有年
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