资源简介

热点十 异染色质形成新机制
【命题热点】
胰岛素受体酪氨酸激酶底物（IRTKS）是上海交通大学系统生物医学研究院韩泽广科研团队首先分离和命名的基因，发现其不仅能够调节细胞膜伪足的形成，而且在肿瘤发生发展、胰岛素信号转导以及抗病毒免疫反应等过程中都发挥着重要的作用（。最近，他们还发现IRTKS能调控组蛋白修饰，但具体的表观遗传调控机制尚不清楚，尤其是对异染色质的调控方式及其作用机制还未知。而异染色质作为真核生物细胞核的重要组成部分，在基因组稳定性的维持、基因表达、胚胎发育和衰老等过程都中发挥关键作用。除了异染色质关键的标志物HP1α以外，仍然有许多重要的生物大分子可能参与异染色质形成的调控。
近日，韩泽广团队在学术期刊EMBO Journal上，发表题为Heterochromatin formation and remodeling by IRTKS condensates counteract cellular senescence的论文，揭示了IRTKS通过形成生物分子凝聚体来调控异染色质形成新机制，为IRTKS调控基因表达提供了新见解。
针对该问题，研究团队首先利用实验室已有的IRTKS全身敲除小鼠组织和小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）探究IRTKS对异染色质的调控。通过透射电子显微镜观察到，在小鼠组织（肝脏、肾脏和胃）、小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）和肝脏内皮细胞系中敲除IRTKS后，异染色质结构明显减少；反之，过表达IRTKS，异染色质结构明显增加。并且，结合免疫荧光和荧光漂白恢复实验发现，IRTKS与异染色质重要的标志物（H3K9me3和HP1α）能够共定位。并且敲除IRTKS后，HP1α的荧光强度及其流动性均受到抑制，这些结果表明IRTKS对异染色质形成发挥着重要的作用。
此外，研究人员通过免疫荧光实验发现，在小鼠的肝脏以及肾脏的细胞核和细胞质中观察到内源性的IRTKS所形成的“斑点”结构，这提示着IRTKS在生理条件下能发生相分离。接着，在细胞内和体外，均能观察到IRTKS能形成液滴结构，并且符合相分离特性。此外，IRTKS液滴能够与不同的异染色质成分共融合，包括重要的异染色质蛋白HP1α以及不同的DNA和核小体矩阵。这些结果说明了，IRTKS液滴可能作为异染色质凝聚物的成分之一，能够参与到异染色质相关的相分离过程中。
进一步，研究人员通过整合染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）、染色质可及性测序（ATAC-seq）和RNA测序（RNA-seq）等多层次组学分析发现，敲除IRTKS后，异染色质重要标志物（H3K9me3和HP1α）在异染色质区域重复序列的结合减少，重复序列区域染色质的开放性增加，异染色质区域重复序列的表达被激活。
更重要的是，在小鼠的肾脏和肝脏中，敲除IRTKS后表达上调的基因主要集中在细胞衰老，异染色质和染色质组装等生物过程，这提示着IRTKS可能与细胞衰老有关。为了验证这一猜测， 研究人员通过实验研究发现，IRTKS在小鼠衰老过程的肾脏和肝脏组织中表达下降，而肝脏和肾脏组织以及小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）中敲除IRTKS后，细胞衰老标志物β-半乳糖苷酶活性显著增高，p21和P16以及SASP相关基因的表达明显上调，端粒长度缩短，这些结果提示着IRTKS缺失会促进细胞衰老。
此外，相分离概念的引入以及IRTKS在细胞衰老中的作用，也进一步拓宽了IRTKS的生物学功能，并为延缓衰老和干预衰老相关疾病提供了潜在靶标。
【热点练习】
1.壁虎自然再生出的尾巴只是一堆由脂肪、肌肉和皮肤组成的同心管，缺少了原生尾巴的脊椎、神经组织等。科研人员则通过植入胚胎干细胞的方式，帮助壁虎拥有一条接近于原装版本的尾巴，实现了2.5亿年来断尾壁虎都没能自行完成的“进化”。下列相关叙述错误的是( )
A.壁虎自然再生出尾巴体现了尾部细胞的全能性
B.胚胎干细胞分化形成尾部细胞的过程中遗传物质不发生改变
C.由胚胎干细胞分化而来的不同细胞内，细胞器的功能一般不发生改变
D.胚胎干细胞的增殖具有周期性，且绝大多数胚胎干细胞处于分裂间期
2.某研究所研究人员发现“人视网膜色素上皮组织中也存在神经干细胞”。关于下图的叙述，错误的是( )
A.a过程中只有部分基因得到表达
B.b过程中蛋白质的种类和含量会发生变化
C.c过程形成富含脂肪的细胞时核DNA含量减少
D.f过程所形成的子细胞中部分具有细胞周期
3.生物界普遍存在再生现象。若将发育中的蝾螈晶状体摘除，其背面的虹膜上含黑色素的平滑肌细胞就会去分化，失去黑色素和肌纤维，然后再分化成为产生晶状体蛋白的晶状体细胞。下列相关说法正确的是( )
A.平滑肌细胞经去分化和再分化成为晶状体细胞，说明动物体内的细胞分化都具有可逆性
B.蝾螈的平滑肌细胞与晶状体细胞的蛋白质种类不完全相同
C.平滑肌细胞去分化后获得了晶状体蛋白基因，再分化成了晶状体细胞
D.平滑肌细胞能分化成晶状体细胞，说明平滑肌细胞是干细胞
4.下列各项中，不能说明基因和染色体行为存在平行关系的是( )
A.基因、染色体在生殖过程中的完整性和独立性
B.体细胞中基因、染色体成对存在，配子中二者都是单独存在
C.体细胞中成对的基因、同源染色体都是一个来自母方，一个来自父方
D.等位基因、非同源染色体的自由组合
5.端粒是染色体两端的DNA—蛋白质复合体,在正常细胞内端粒DNA序列随分裂次数的增加而不断缩短,当缩短到临界值时,细胞失去分裂能力。端粒酶(由RNA和蛋白质组成)可以利用自身的RNA合成端粒DNA。下列叙述错误的是( )
A.端粒酶合成端粒DNA时,既提供模板也起到催化作用
B.细胞分裂时,细胞内每条染色体都具有1个或2个端粒
C.端粒酶基因是有遗传效应的DNA片段,端粒酶属于逆转录酶
D.癌细胞端粒酶的活性可能高于正常细胞
6.大肠杆菌核糖体蛋白与rRNA分子亲和力较强,二者组装成核糖体。当细胞中缺乏足够的rRNA分子时,核糖体蛋白可通过结合到自身mRNA分子上的核糖体结合位点而产生翻译抑制。下列叙述错误的是( )
A.一个核糖体蛋白的mRNA分子上可相继结合多个核糖体,同时合成多条肽链
B.细胞中有足够的rRNA分子时,核糖体蛋白通常不会结合自身mRNA分子
C.核糖体蛋白对自身mRNA翻译的抑制维持了RNA和核糖体蛋白数量上的平衡
D.编码该核糖体蛋白的基因转录完成后,mRNA才能与核糖体结合进行翻译
7.如图表示中心法则,下列有关叙述正确的是( )
A.过程①-⑦都会在人体的遗传信息传递时发生
B.人体细胞内的过程③主要发生在细胞核中,产物都是mRNA
C.过程⑥存在碱基互补配对
D.过程⑤有半保留复制的特点,过程⑥发生在核糖体上
8.miRNA是细胞内一种单链小分子RNA，可与mRNA靶向结合并使其降解。circRNA是细胞内一种闭合环状RNA，可靶向结合miRNA使其不能与mRNA结合，从而提高mRNA的翻译水平。P蛋白具有抑制细胞凋亡的作用，circRNA可以通过miRNA调控P基因表达进而影响细胞凋亡，调控机制如下图。下列叙述正确的是( )
A.circRNA是经转录后出核形成的，miRNA不是由DNA转录而来
B.增加细胞内circRNA的含量则凋亡的细胞会减少
C.circRNA与miRNA的碱基互补配对形式与基因的转录过程相同
D.核糖体读取P基因mRNA的方向是3′到5′
9.核糖体是由大亚基和小亚基两部分组成，两个亚基的主要成分为蛋白质和rRNA。核糖体内部有3个tRNA结合位点（如图所示），其中A位点是新进入的氨基酰-tRNA结合位点,P位点是延伸中的肽酰-tRNA结合位点,E位点是空载-tRNA结合位点。据图分析,下列关于核糖体及其参与生理过程的叙述，错误的是( )
A.组成两个亚基的单体有氨基酸和核苷酸
B.核糖体的移动方向是图中的左侧到右侧
C.P位点三肽形成过程共失去了2分子水
D.E位点遇到终止密码子时翻译立即停止
10.肝癌细胞中高表达的HULC基因的转录产物IncRNA-HUI,C参与调控蛋白激酶A的合成，而蛋白激酶A参与细胞内信号传递，调节细胞增殖、分化、迁移和凋亡等过程。下列分析错误的是( )
A.IncRNA可以与miRNA通过碱基互补配对而结合
B.IncRNA-HULC与miR-372结合可提高蛋白激酶A的含量
C.蛋白激酶A促进HULC基因转录产生IncRNA-HULC是负反馈调节
D.miRNA或IncRNA药物的研发可能有助于肝癌的治疗
答案以及解析
1.答案：A
解析：A、壁虎自然再生出尾巴，没有发育成完整个体或各种组织，不能体现尾部细胞的全能性，A错误；
B、胚胎干细胞分化形成尾部细胞的过程中遗传物质不发生改变，B正确；
C、由胚胎干细胞分化而来的不同细胞内，细胞器的功能一般不发生改变，C正确；
D、胚胎干细胞的增殖具有周期性，绝大多数胚胎干细胞处于分裂间期，因为在细胞周期中，分裂间期的时间最长，D正确。
故选A。
2.答案：C
解析：据图分析，a过程中部分基因得到了表达，形成了具有特定形态结构和功能的细胞，所以A正确；b过程中细胞中部分特定的基因得到了表达形成神经细胞，RNA的种类和含量都会发生改变，所以B正确；c过程形成富含脂肪的细胞时，核DNA含量应该不变，所以C错误；f过程是细胞通过有丝分裂增殖的过程，其所形成的子细胞中部分仍进行有丝分裂，具有细胞周期，所以D正确。
3.答案：B
解析：细胞分化具有持久性，一般来说，分化的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡，A错误；细胞分化是基因选择性表达的结果，因此平滑肌细胞和晶状体细胞各自表达了与自身功能相关的蛋白质，因此它们的蛋白质种类不完全相同，B正确；根据题意，平滑肌细胞原本就存在晶状体蛋白基因，去分化和再分化后，该基因表达，成为产生晶状体蛋白的晶状体细胞，C错误；干细胞是指动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞，平滑肌细胞去分化和再分化后形成晶状体细胞，因此平滑肌细胞不是干细胞，D错误。
4.答案：D
解析：非等位基因在形成配子时自由组合，非同源染色体在减数第一次分裂后期也是自由组合，说明基因和染色体行为存在平行关系。
5.答案：B
解析：由题干“端粒酶(由RNA和蛋白质组成)可以利用自身的RNA合成端粒DNA”可知,端粒酶合成端粒DNA时,既提供模板,同时也作为酶起到催化作用,A正确;端粒是染色体两端的DNA—蛋白质复合体,因此,细胞分裂时,细胞内每条染色体都具有2个或4个端粒,B错误;端粒酶基因是有遗传效应的DNA片段,端粒酶可以利用自身的RNA合成端粒DNA,故端粒酶属于逆转录酶,C正确;癌细胞能无限增殖,结合题干端粒酶的作用可知,癌细胞端粒酶的活性可能高于正常细胞,D正确。
6.答案：D
解析：一个核糖体蛋白的mRNA分子上可相继结合多个核糖体,同时合成多条肽链,以提高翻译效率,A正确;细胞中有足够的rRNA分子时,核糖体蛋白通常不会结合自身mRNA分子,与rRNA分子结合,二者组装成核糖体,B正确;当细胞中缺乏足够的rRNA分子时,核糖体蛋白只能结合到自身mRNA分子上,导致蛋白质合成停止,核糖体蛋白对自身mRNA翻译的抑制维持了rRNA和核糖体蛋白数量上的平衡,C正确;大肠杆菌为原核生物,没有核膜,转录形成的mRNA在转录未结束时即和核糖体结合,开始翻译过程,D错误。
7.答案：C
解析：A、②④⑤⑦不会发生在正常人体细胞中,会在人体的遗传信息传递时发生的过程有①③⑥,A错误;B、③为转录过程,该过程以DNA的一条链为模板合成RNA,其产物不仅有mRNA,还有其他的RNA,B错误;C、过程⑥发生在核糖体上,为翻译过程,该过程中的碱基配对发生在mRNA和tRNA之间,C正确;D、过程⑤为RNA复制过程,由于RNA为单链结构,因此没有半保留复制的特点,过程为翻译过程发生在核糖体上,D错误。故选C。
8.答案：B
解析：A、miRNA也是由DNA转录后加工而来，A错误；
B、增加细胞内circRNA的含量，可靶向结合miRNA使其不能与mRNA结合，从而提高mRNA的翻译水平，则表达出的P蛋白增加，P蛋白具有抑制细胞凋亡的作用，凋亡的细胞会减少，B正确；
C、circRNA与miRNA的碱基互补配对形式有A-U、U-A、C-G、G-C，基因的转录过程的碱基互补配对形式有A-U、T-A、C-G、G-C，C错误；
D、核糖体读取P基因mRNA的方向是5′到3′，D错误。
9.答案：D
解析：核糖体两个亚基的主要成分为蛋白质和rRNA，蛋白质的单体是氨基酸，RNA的单体是核糖核苷酸，A正确；由图可知，E位点是空载-tRNA结合位点，且随着核糖体的移动，E位点上的RNA离开，随后原来的P位点上的tRNA占据E位点，A位点上的tRNA占据P位点，这样A位点腾空，随后携带有氨基酸的tRNA进入A位点，核糖体上三个tRNA结合位点中的tRNA不断被替换，即RNA在核糖体上的移动顺序是A位点→P位点→E位点，核糖体的移动方向是从左侧到右侧，B正确；三肽是由3个氨基酸脱去2分子水形成的化合物，C正确；终止密码子存在于mRNA上，翻译时，核糖体沿RNA移动，遇到终止密码子时翻译停止，而E位点是空载tRNA结合位点，D错误。
10.答案：C
解析：由题图可知，IncRNA可以与miRNA通过碱基互补配对而结合，A分析正确；IncRNA-HULC能与miR-372结合，解除miR-372对蛋白激酶A合成的抑制作用，提高了细胞中蛋白激酶A的含量，蛋白激酶A进一步促进HULC基因转录产生IncRNA-HULC，由于上述正反馈机制的发生，肝癌患者组织及血浆中IncRNA HULC明显增加，B分析正确，C分析错误；依据题图可知，miRNA或IncRNA药物的研发可能有助于肝癌的治疗，D分析正确

展开更多......

收起↑