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[技術(shù)服務(wù)] 維生素對(duì)動(dòng)物基因表達(dá)影響的研究進(jìn)展

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發(fā)表于 2010-9-7 14:23:47 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
[p=30, 2, center][size=2]  [b]維生素對(duì)動(dòng)物基因表達(dá)影響的研究進(jìn)展[/b][/size][/p][p=30, 2, center][b]  曹德瑞1,鄒曉庭2[/b][/p][p=30, 2, center][b]  (1.浙江大學(xué)飼料科學(xué)研究所碩士研究生 2.浙江大學(xué)飼料科學(xué)研究所教授,碩士生導(dǎo)師)[/b][/p]

 [b] 摘要[/b]:本文綜述了維生素對(duì)相關(guān)基因表達(dá)的調(diào)控及主要機(jī)制,介紹維生素A,C,D,E等對(duì)部分基因表達(dá)的主要影響。
  [b]關(guān)鍵詞[/b]:維生素;基因表達(dá);調(diào)控
  Recent Advances in the Effects of Vitamins on Gene Expressions
  Abstract:This article reviewed effects of vitamins on gene expressions and possible mechanism,and introduces effects of vitamin A, vitamin C, vitamin D,and vitamin E on genes expression .
  Key words:vitamins; gene expression; manipulation
  各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)作為外部因子與基因表達(dá)相互作用, 它們的關(guān)系表現(xiàn)在兩個(gè)方面: 一方面養(yǎng)分的攝入量影響基因表達(dá); 另一方面基因表達(dá)的結(jié)果影響?zhàn)B分的代謝途徑和代謝效率, 并決定動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)需要量。隨著分子生物學(xué)理論和技術(shù)的快速發(fā)展, 維生素調(diào)控基因表達(dá)的方式、途徑、機(jī)制得以不斷揭示,其重要性得到了重視。
  1 維生素調(diào)控和影響基因表達(dá)的主要方式
  1. 1 維生素作為酶的輔助因子參與基因表達(dá)
  作為酶的輔助因子參與基因表達(dá)的維生素中最典型的例子莫過于生物素, 生物素直接參與葡糖異生作用的重要代謝過程,脂肪酸合成和氨基酸分解代謝。它是作為輔基參與四種羧化酶的催化,即丙酮羧化酶、已酰輔酶A、丙酰輔酶A和β-甲基巴豆酰輔酶A。在哺乳動(dòng)物中生物素僅來源于飲食,日糧中的蛋白結(jié)合生物素被腸粘膜中的生物素酶分開。Maeda等(1996)試驗(yàn)報(bào)道,大鼠生物素缺乏組中氨基酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶(OTC)的活力明顯低于生物素充足組, 前者肝臟中OTC基因表達(dá)比后者低40%。這些數(shù)據(jù)表明生物素缺乏導(dǎo)致了OTC活力和OTCmRNA數(shù)量減少。
  1.2 維生素作為一系列蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子的一部分,影響多種基因的表達(dá)
  維生素可作為蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子的一部分,對(duì)基因的表達(dá)產(chǎn)生影響,這里以維生素A的氧化代謝產(chǎn)物視黃酸為例子。視黃酸受體是與視黃酸特異結(jié)合的核內(nèi)受體,屬于類固醇激素核受體超家族成員,位于細(xì)胞核基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控區(qū),目前已知的受其調(diào)控的基因超過50種,其中很重要的是生長(zhǎng)激素和生長(zhǎng)因子(包括IGFs),視黃酸與視黃酸受體結(jié)合后通過啟動(dòng)和調(diào)節(jié)這些基因的轉(zhuǎn)錄來影響細(xì)胞的生長(zhǎng)分化。
  1.3 維生素作為DNA結(jié)合蛋白在許多蛋白的基因水平上起作用
  維生素可通過DNA結(jié)合蛋白在許多蛋白的基因水平上起作用,典型的例子是維生素D。維生素D 在核里與受體蛋白(VDR)結(jié)合,維生素D受體蛋白由大約100個(gè)氨基酸和2個(gè)鋅指構(gòu)成。至今已證實(shí)維生素D受體蛋白存在于34 種不同的細(xì)胞中,并很有可能是正常細(xì)胞核的組成部分。這是因?yàn)槊恳粋€(gè)細(xì)胞都需要通過Ca2+的轉(zhuǎn)運(yùn)來調(diào)節(jié)其新陳代謝,而鈣結(jié)合蛋白的合成就需要維生素D的參與, 其他如骨鈣素、降血糖素、Ⅰ型膠原蛋白、白細(xì)胞介素Ⅰ等基因的轉(zhuǎn)錄都受到維生素D的調(diào)控。
  2 部分維生素對(duì)基因表達(dá)的主要影響
  2.1 維生素A
  維生素A的氧化代謝產(chǎn)物視黃醛與細(xì)胞核的視黃酸受體結(jié)合可以調(diào)節(jié)特異基因的表達(dá)。視黃酸受體分為3種,它們都有相同的基本結(jié)構(gòu),3種受體蛋白都有A~F6個(gè)不同的模式結(jié)構(gòu)區(qū)域,其中C 區(qū)主要參與DNA順序的識(shí)別,為DNA結(jié)合域;E區(qū)為配體結(jié)合區(qū); A/B區(qū)為不依賴配體的細(xì)胞、組織特異性的轉(zhuǎn)錄激活自調(diào)節(jié)功能區(qū)。此外,在細(xì)胞漿內(nèi)還存在視黃酸結(jié)合蛋白(CRABP),它穿梭于細(xì)胞漿和細(xì)胞核之間,將視黃酸從細(xì)胞漿運(yùn)輸?shù)胶藘?nèi)染色體上的受體部位,然后釋放出來回到胞漿。視黃酸與視黃酸受體結(jié)合后以二聚體的形式與某些特異性DNA序列結(jié)合, 進(jìn)而調(diào)節(jié)鄰近基因的表達(dá)。與受體結(jié)合的靶序列被稱為視黃酸效應(yīng)元件(RARE),它一般存在于靶基因的啟動(dòng)子及調(diào)控順序部分。視黃酸作為一系列蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子的一部分,對(duì)多種基因的表達(dá)有影響。視黃酸與視黃酸受體結(jié)合后通過啟動(dòng)和調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄來影響細(xì)胞的生長(zhǎng)分化。視黃酸可通過對(duì)視黃酸受體的調(diào)節(jié)增強(qiáng)免疫細(xì)胞功能(楊毅等,2000;王衛(wèi)平等,1998)。視黃酸受體作為核內(nèi)受體具有與染色體DNA結(jié)合和調(diào)控基因表達(dá)的功能,當(dāng)視黃酸受體結(jié)合了視黃酸而被活化后可對(duì)一系列受其調(diào)控的基因產(chǎn)生“扳機(jī)”效應(yīng)。同源異性盒基因(Hox基因)屬于發(fā)育基因,是一大類從時(shí)間和空間上對(duì)生物體的生長(zhǎng)、發(fā)育進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制的調(diào)控基因。視黃酸可通過調(diào)控Hox基因的表達(dá)來影響胚胎發(fā)育(劉恭平和朱清華,2000;樊建設(shè)等, 1999)。Fu等的報(bào)道表明,維生素A可以對(duì)IGF系統(tǒng)產(chǎn)生影響,飼喂缺乏維生素A的飼糧一段時(shí)間,1日齡的日本公鵪鶉與對(duì)照組相比,血清中IGF-ImRNA的水平下降了22%,同時(shí),睪丸、肺、肝臟和心臟中的IGF-ImRNA水平也下降了21%~52%。
  2.2 維生素D
  維生素D是通過DNA結(jié)合蛋白在許多蛋白的基因水平上對(duì)基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)節(jié)的。1,25(OH)2D3是維生素D的活性形式,是固醇類激素,其生物學(xué)活性主要受胞內(nèi)特定受體介導(dǎo)。維生素D對(duì)相關(guān)基因的調(diào)控表現(xiàn)在(1)維生素D對(duì)骨代謝具有調(diào)控作用。1,25(OH)2D3通過作用于靶細(xì)胞核內(nèi)高度特異性的維生素D受體蛋白而調(diào)節(jié)血鈣和骨鈣化。維生素D受體蛋白是已知調(diào)節(jié)骨鈣素(OC)的基因, 1,25(OH)2D3 介導(dǎo)的骨鈣素轉(zhuǎn)化和表達(dá)是通過維生素D受體蛋白上的DNA結(jié)合區(qū)和靶基因啟動(dòng)子附近的反應(yīng)元件,即維生素D反應(yīng)元件(VDRE)相互作用,從而改變局部的超螺旋狀態(tài)而調(diào)節(jié)基因的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)的(Staal等, 1996)。(2)高水平的1,25(OH)2D3可以抑制甲狀旁腺素的基因轉(zhuǎn)錄。1,25(OH)2D3可使原代培養(yǎng)牛甲狀旁腺主細(xì)胞甲狀旁腺素mRNA水平和甲狀旁腺素分泌顯著降低。在大鼠造骨細(xì)胞中,1,25(OH)2D3可以通過抑制P2增強(qiáng)子的活性,降低甲狀旁腺素受體(PTHR)基因表達(dá)成mRNA的水平(Amizuka等,1999)。
  2.3 維生素E
  維生素E又稱生育酚,是動(dòng)物必須從食物中攝取的微量營(yíng)養(yǎng)素之一,具有重要的生物學(xué)功能。α- 生育酚是維生素E的主要活性形式,在鼠肝臟中α-生育酚轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(α-tocopherol transfer protein,α-TTP)基因的表達(dá)不受日糧維生素E的影響,但日糧中蛋白質(zhì)不足會(huì)影響該基因的表達(dá)(Shaw和Huang,1998)。維生素E可以通過抑制自由基的形成,抑制核酸內(nèi)切酶的活化,加快受損DNA的清除等一系列途徑減輕自由基對(duì)細(xì)胞膜中多不飽和脂肪酸,膜的富含巰基的蛋白質(zhì)成分以及細(xì)胞骨架與核酸的損傷(于芳,2002)。維生素E對(duì)部分基因的調(diào)控表現(xiàn)在:(1)在日糧中添加維生素E可以降低活性氧水平以及活性氧誘發(fā)的DNA損傷。α-生育酚能抑制CD36基因mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá),降低動(dòng)脈平滑肌脂蛋白氧化,減少泡狀細(xì)胞形成,具有抗動(dòng)脈硬化作用(Ricciarelli等,2000)。(2)維生素E能清除細(xì)胞內(nèi)·NO和·OH,從而阻止它們對(duì)堿基的破壞。(3)維生素E可以通過減輕金屬離子對(duì)DNA的加合作用從而抑制染色體的改變,鉻可以引起DNA單鏈斷裂和DNA加合,維生素E可以抑制鉻所造成的DNA損傷。維生素E可以誘發(fā)角質(zhì)細(xì)胞中熱蛋白基因HSP70的表達(dá),這表明維生素E對(duì)于鉻引起的基因毒性具有保護(hù)作用,當(dāng)鐵離子存在時(shí),維生素E可以減少H2O2誘發(fā)的DNA的加合作用。(4) 維生素E具有抑制c-Myc基因的表達(dá),誘導(dǎo)白血病細(xì)胞凋亡,抑制白血病細(xì)胞的增殖等功能(張敬等,2001)。
  2.4 維生素C
  維生素C可以影響阿樸蛋白A-Ⅰ基因的表達(dá)。Ikeda(1996)實(shí)驗(yàn)表明,維生素C缺乏組血清阿樸蛋白A-Ⅰ濃度降低,肝臟中阿樸蛋白A-ⅠmRNA水平在維生素C缺乏組比正常組降低了40%。由于實(shí)驗(yàn)中對(duì)維生素C缺乏組與維生素C充足組比較,肝臟阿樸蛋白A-Ⅰ基因的轉(zhuǎn)錄速率無明顯別,說明維生素C是在轉(zhuǎn)錄后影響阿樸蛋白A-Ⅰ基因的表達(dá)。由于肝臟阿樸蛋白A-ⅠmRNA與肝臟維生素C濃度間的緊密關(guān)系顯示維生素C可促使肝臟阿樸蛋白A-ⅠmRNA的穩(wěn)定。關(guān)于維生素C缺乏調(diào)節(jié)肝臟阿樸蛋白A-Ⅰ合成的機(jī)理依然不清楚。但不管其機(jī)理如何,實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明了維生素C 確實(shí)能影響肝臟阿樸蛋白A-ⅠmRNA的水平,而且是在轉(zhuǎn)錄后水平起作用。
  2.5其他維生素
  維生素K族化合物是2-甲基-1,4- 萘醌的系列衍生物,包括維生素K1維生素K2和維生素K3。維生素K對(duì)部分基因的調(diào)控表現(xiàn)在:(1)維生素K在體內(nèi)可以以輔酶的形式發(fā)揮作用,來完成對(duì)凝血因子的調(diào)控。維生素K輔酶活性形式是氫醌(KH2),反應(yīng)時(shí)被分子氧氧化為環(huán)氧化合物(KO)提供能量,使底物蛋白谷氨酸殘基的γ位結(jié)合CO2變成γ-羧化谷氨酸,KO形式的維生素K在二硫醇依賴性還原酶的作用下,重新轉(zhuǎn)變?yōu)镵H2形式,構(gòu)成體內(nèi)”維生素K2循環(huán)”。肝源性凝血因子Ⅱ,Ⅻ,Ⅳ,Ⅹ及凝血抑制因子蛋白C,X,Z等在肝臟翻譯合成后并不具備活性,在谷氨酸羧化酶與維生素K的協(xié)同作用下,結(jié)構(gòu)中的谷氨酸殘基被修飾為γ-羧化谷氨酸殘基,凝血因子等蛋白被激活γ-羧化谷氨酸殘基與Ca2+結(jié)合后!引起Ca2+蛋白質(zhì),磷脂三者間相互作用,激發(fā)凝血反應(yīng)。(2)維生素K對(duì)維生素K依賴性骨蛋白具有調(diào)控作用。維生素K依賴性骨蛋白之一的骨鈣素的合成受維生素D 與維生素K 的共同調(diào)節(jié),維生素K參與蛋白質(zhì)的翻譯后羧化修飾過程(趙新華,1998)。
  3.其他維生素
  多種維生素對(duì)基因的表達(dá)都有影響,而且有些直接參與基因表達(dá)的調(diào)節(jié)。
  下表匯總了部分維生素對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用。
  維生素對(duì)基因表達(dá)的作用:[table=98%]
[tr][td=1,1,219][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]維生素[/size][/font][/p][/td][td=1,1,184][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]基因[/size][/font][/p][/td][td=1,1,253][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]作用效果及位點(diǎn)[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=1,1,219][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]VA[/size][/font][/p][/td][td=1,1,184][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]VA[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]受體及其他蛋白[/size][/font][/p][/td][td=1,1,253][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]促進(jìn)轉(zhuǎn)錄[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=1,1,219][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]VB6[/size][/font][/p][/td][td=1,1,184][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]類固醇受體[/size][/font][/p][/td][td=1,1,253][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]促進(jìn)轉(zhuǎn)錄[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=1,1,219][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]VC[/size][/font][/p][/td][td=1,1,184][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]原膠原蛋白[/size][/font][/p][/td][td=1,1,253][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]促進(jìn)轉(zhuǎn)錄與翻譯[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=1,1,219][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]VK[/size][/font][/p][/td][td=1,1,184][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]凝血酶原[/size][/font][/p][/td][td=1,1,253][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]促進(jìn)轉(zhuǎn)錄后谷氨酸殘基羧化[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=1,1,219][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]葉酸[/size][/font][/p][/td][td=1,1,184][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]DNA,RNA[/size][/font][/p][/td][td=1,1,253][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]促進(jìn)嘌呤和嘧啶合成[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt][/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=1,1,219][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]VB1[/size][/font][/p][/td][td=1,1,184][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]所有基因[/size][/font][/p][/td][td=1,1,253][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]作為TPP的組成部分,[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]參與生物能代謝[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt][/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=1,1,219][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]VB2[/size][/font][/p][/td][td=1,1,184][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]所有基因[/size][/font][/p][/td][td=1,1,253][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]作為FAD的組成部分,參與ATP合成[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=1,1,219][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]VB2[/size][/font][/p][/td][td=1,1,184][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]所有基因[/size][/font][/p][/td][td=1,1,253][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]促進(jìn)嘌呤和嘧啶合成[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt][/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=1,1,219][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]煙酸[/size][/font][/p][/td][td=1,1,184][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]所有基因[/size][/font][/p][/td][td=1,1,253][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]作為NAD的組成部分,參與ATP合成[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=1,1,219][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]VB6[/size][/font][/p][/td][td=1,1,184][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]所有基因[/size][/font][/p][/td][td=1,1,253][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]促進(jìn)嘌呤和嘧啶合成[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt][/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=1,1,219][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]VD[/size][/font][/p][/td][td=1,1,184][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]鈣結(jié)合蛋白[/size][/font][/p][/td][td=1,1,253][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]促進(jìn)轉(zhuǎn)錄[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=1,1,219][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]VE[/size][/font][/p][/td][td=1,1,184][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]所有基因[/size][/font][/p][/td][td=1,1,253][p=30, 2, left][font=宋體][size=10.5pt]保護(hù)DNA,防止自由基破壞[/size][/font][/p][/td][/tr]
[/table]
  4 結(jié)語
  多種維生素對(duì)多種(成千上萬) 基因的表達(dá)都有影響, 因此這方面的研究范圍十分廣闊。作者認(rèn)為在以后一段時(shí)間內(nèi)對(duì)于維生素影響基因表達(dá)的研究可能會(huì)集中在以下3 個(gè)方面:(1)維生素影響基因表達(dá)進(jìn)而影響動(dòng)物生理活動(dòng)的機(jī)制, 其中包括其缺乏癥和中毒癥的具體分子機(jī)制; (2)維生素影響基因表達(dá)進(jìn)而影響動(dòng)物生產(chǎn)水平(如: 瘦肉率、乳脂率、產(chǎn)蛋率、日增重、受胎率、產(chǎn)仔率等) 的具體分子機(jī)制; (3)一種或幾種維生素和其它營(yíng)養(yǎng)素(如: 其它維生素、蛋白質(zhì)和氨基酸、碳水化合物、脂肪酸、微量元素等) 在影響基因表達(dá)過程中的相互作用關(guān)系的具體分子機(jī)制。
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發(fā)表于 2010-9-7 14:37:26 | 只看該作者
講得有道理

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板凳
發(fā)表于 2010-9-9 15:47:23 | 只看該作者
非常感謝!寫的很好。
地毯
發(fā)表于 2010-9-9 19:54:34 | 只看該作者
謝謝分享!
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