复旦大学：《改变生活的生物技术》教学实践报告_sir2与抗衰老

SIR2基因与抗衰老 沈嘉怡17301170109 何为衰老 衰老是一种自然的过程,是指机体对环境的生理和心理适应能力进行性降低、逐渐 趋向死亡的现象。衰老是许多病理、生理和心理过程的综合作用的必然结果,是个体 生长发育最后阶段的生物学心理学过程 生物分子自然交联学说对此作过比较系统的阐述。该学说在论证生物体衰老的分子 机制时指出:生物体是一个不稳定的化学体系,属于耗散结构。体系中各种生物分子 具有大量的活泼基团,它们必然相互作用发生化学反应使生物分子缓慢交联以趋向化 学活性的稳定。随着时间的推移,交联程度不断增加,生物分子的活泼基团不断消耗 减少,原有的分子结构逐渐改变,这些变化的积累会使生物组织逐渐出现衰老现象。 何为SIR2基因 Long telomeres Medium telomeres Short telomeres LOw INK4a Modest INK4a High INK4 Low DNA damage Modest DNA damage High DNA damage TISSUE RENEWAL Optimal Efficient Inefficient 出 No senescence Low senescence High senescence TUMOR INITIATION Most tumor cells undergo senescence (or apoptosis), a few may escape and gi rise to a carcinoma 、Sir2的结构与功能

1 SIR2 基因与抗衰老 沈嘉怡 17301170109 一、何为衰老 衰老是一种自然的过程，是指机体对环境的生理和心理适应能力进行性降低、逐渐 趋向死亡的现象。衰老是许多病理、生理和心理过程的综合作用的必然结果，是个体 生长发育最后阶段的生物学心理学过程。 生物分子自然交联学说对此作过比较系统的阐述。该学说在论证生物体衰老的分子 机制时指出：生物体是一个不稳定的化学体系，属于耗散结构。体系中各种生物分子 具有大量的活泼基团，它们必然相互作用发生化学反应使生物分子缓慢交联以趋向化 学活性的稳定。随着时间的推移，交联程度不断增加，生物分子的活泼基团不断消耗 减少，原有的分子结构逐渐改变，这些变化的积累会使生物组织逐渐出现衰老现象。 二、何为 SIR2 基因 三、Sir2 的结构与功能

Sir2位于酵母第4条 染色体的左臂上,全长 4649hp,编码一个562 个氨基酸的蛋白质,编 码区的前端有一段前导 序列(SL)。其cDNA 序列由2393个碱基组 成,含有一个开放阅读 框架,一个5′端非翻译 区和一个3'端非翻译 0o.。 a 区 Sir2的N端结构域(94~198aa)和C端结构域(199~562aa)对于Sir2发挥基 因转录沉默功能具有举足轻重的作用。N端结构域内具有对Sir2/3/4复合物定点结 合于rDNA的重复序列区域而使基因转录沉默。C端结构域是Sir2发挥基因转录沉默 的功能性区域之 通过x线晶体衍射方法发现Sir2与其同源蛋白有极其相似的分子结构,都含有两个 高度保守序列和由4个高度保守的半胱氨酸形成的“锌指”结构,研究发现,Sir2的同 源蛋白Sir2-An由9个阿尔法螺旋结构和8个贝塔片层交叉排列形成两个功能性结构 域,一个功能性结构域是具有“锌指”结构典型保守序列的锌离子结合位点。另一个功 能性结构域是由NAD的腺嘌呤-核糖、烟酰胺-核糖和深部的NAD非直接结合位点三 部分组成的NAD结合位点。高度保守位点的氨基酸的突变,使Sir2依赖NAD的组蛋 白去乙酰化酶活性显著降低。 四、Sir2与细胞衰老 酵母细胞的核仁由100~200个串联重复的5s核糖体亚基的基因rDNA拷贝组成, 当酵母菌细胞经历多次分裂之后,会将多余的rDNA序列以ERC的形式凸出于染色体 上。这些ERC是在细胞分裂前与母细胞染色体一起复制的,而在细胞分裂之后,ERC 就一直存在于母细胞内不断积累,当其达到一定数目之后,他们会阻塞细胞核,妨碍 细胞对其基因的阅读和复制,致使细胞停止分裂并最终导致母细胞的死亡,而Sir2可 以抑制同源重组以防止产生ERC。 Sir2的独特性在于其酶活性是依赖于一种普遍存在的小分子NAD。NAD长久以来被 认为是细胞中许多代谢反应的反应渠道,Sir2与它之间的这种联系把Sir2的活性与代 谢作用联系起来,这就有可能把在热量限制研究中观察到的饮食与衰老的关联性与 sir2的活性联系起来。大量实验证明,细胞中只有存在NAD时,Sir2才能使染色质

2 Sir2 的 N 端结构域（94～198aa）和 C 端结构域（199～562aa）对于 Sir2 发挥基 因转录沉默功能具有举足轻重的作用。N 端结构域内具有对 Sir2／3/4 复合物定点结 合于 rDNA 的重复序列区域而使基因转录沉默。C 端结构域是 Sir2 发挥基因转录沉默 的功能性区域之一。 通过 x 线晶体衍射方法发现 Sir2 与其同源蛋白有极其相似的分子结构，都含有两个 高度保守序列和由 4 个高度保守的半胱氨酸形成的“锌指”结构，研究发现，Sir2 的同 源蛋白 Sir2-Afl 由 9 个阿尔法螺旋结构和 8 个贝塔片层交叉排列形成两个功能性结构 域，一个功能性结构域是具有“锌指”结构典型保守序列的锌离子结合位点。另一个功 能性结构域是由 NAD 的腺嘌呤-核糖、烟酰胺-核糖和深部的 NAD 非直接结合位点三 部分组成的 NAD 结合位点。高度保守位点的氨基酸的突变，使 Sir2 依赖 NAD 的组蛋 白去乙酰化酶活性显著降低。 四、Sir2 与细胞衰老 酵母细胞的核仁由 100～200 个串联重复的 5s 核糖体亚基的基因 rDNA 拷贝组成， 当酵母菌细胞经历多次分裂之后，会将多余的 rDNA 序列以 ERC 的形式凸出于染色体 上。这些 ERC 是在细胞分裂前与母细胞染色体一起复制的，而在细胞分裂之后，ERC 就一直存在于母细胞内不断积累，当其达到一定数目之后，他们会阻塞细胞核，妨碍 细胞对其基因的阅读和复制，致使细胞停止分裂并最终导致母细胞的死亡，而 Sir2 可 以抑制同源重组以防止产生 ERC。 Sir2 的独特性在于其酶活性是依赖于一种普遍存在的小分子 NAD。NAD 长久以来被 认为是细胞中许多代谢反应的反应渠道，Sir2 与它之间的这种联系把 Sir2 的活性与代 谢作用联系起来，这就有可能把在热量限制研究中观察到的饮食与衰老的关联性与 Sir2 的活性联系起来。大量实验证明，细胞中只有存在 NAD 时，Sir2 才能使染色质 Sir2 位于酵母第 4 条 染色体的左臂上，全长 4649hp，编码一个 562 个氨基酸的蛋白质，编 码区的前端有一段前导 序列（SL）。其 cDNA 序列由 2393 个碱基组 成，含有一个开放阅读 框架，一个 5‘端非翻译 区和一个 3’端非翻译 区

中的组蛋白H3、H4脱乙酰化,而脱乙酰化后的染色质处于凝缩状态,成为非活性转 录区,从而使细胞处于暂时的沉默状态。 五、结语 Sir2与基因转录沉默、细胞生长周期也就是抗衰老有着密切联系。相信在不久的将 来,对于Sir2基因的研究会取得新的突破,对于衰老有着进一步的认识

3 中的组蛋白 H3、H4 脱乙酰化，而脱乙酰化后的染色质处于凝缩状态，成为非活性转 录区，从而使细胞处于暂时的沉默状态。 五、结语 Sir2 与基因转录沉默、细胞生长周期也就是抗衰老有着密切联系。相信在不久的将 来，对于 Sir2 基因的研究会取得新的突破，对于衰老有着进一步的认识