[发明专利]一种南极冰藻6-4光修复酶、其编码基因和表达载体以及该酶的应用

说明书

本发明公开了一种南极冰藻6‑4光修复酶、其编码基因和表达载体以及该酶的应用。本发明通过RACE得到南极冰藻6‑4光修复酶的基因cDNA全长，并获得全长6‑4光修复酶基因。本发明首次克隆了南极冰藻6‑4光修复酶基因，并成功将其克隆到表达载体中，获得大量6‑4光修复酶，并将6‑4光修复酶应用到化妆品、生物医药等相关领域，能够主动修复由紫外线引起病症，带来巨大的社会效益，意义重大。

技术领域

本发明属于生物学技术领域，具体涉及一种南极冰藻6-4光修复酶、其编码基因和表达载体以及该酶的应用。

背景技术

人类活动对大气中臭氧层的破坏，尤其是南北两极臭氧空洞的出现、扩大，使得辐射到地球表面的太阳光中紫外线增强，导致生物圈受紫外线伤害日益严重。加之随着生活水平的日益提高，越来越多的人们热衷户外活动，接触紫外线的时间在增多。由于皮肤暴露于外表，皮肤中许多分子吸收UV辐射，并产生各种DNA损伤。而DNA分子是生命体的遗传物质基础，其完整性是维持生命的根本。若受损的DNA 得不到及时和有效的修复，细胞将走向凋亡或发生变异并导致细胞癌变。

紫外辐射引起DNA损伤的根本原因在于其能诱发DNA同条链内相邻的嘧啶碱基产生嘧啶二聚体，使DNA 空间结构发生变化，从而阻碍了DNA复制、转录进而影响蛋白质的生物功能。紫外线辐射对生物体DNA的主要损害是在DNA中形成嘧啶二聚体（CPDs）和（6-4）光产物（6-4）PPs。这两种光产物阻碍了在DNA复制或转录时聚合酶的进程，从而导致生物体DNA的紫外辐射损伤，对生物体具有致突变、致癌变和致死等效应。平流层的臭氧减少10%，全球白内障的发病率将增加6～8%，恶性皮肤瘤的发病率将增加26%；人类存在于皮肤中的免疫功能也会因紫外线的强烈辐射而受损伤，抵抗疾病的能力大大降低。

光修复作用一种重要的DNA修复方法，DNA光修复酶承担了修复DNA损伤并保持生物遗传稳定性的重要功能。DNA光修复酶分为CPD光修复酶和（6-4）光修复酶两种途径，这两种酶均有各自的修复途径，它们的一种酶只能修复一种损伤而不能修复另外一种。利用CPD光修复酶和（6-4）光修复酶分别来修复CPDs和（6-4）PPs；即光修复酶可以解开嘧啶二聚体和（6-4）光产物，使损伤的DNA恢复正常状态。

在细菌、昆虫、高等植物、脊椎动物和某些低等哺乳动物体内发现了光修复酶及其基因，但在高等哺乳动物包括人体内尚未发现DNA光修复酶的存在。而在高等哺乳动物细胞中，核酸外切修复（NER）是修复DNA损伤的最主要途径。哺乳动物（包括人）都缺少光修复系统，而低等生物的光修复酶对人体的DNA修复同样有效。人体试验证明光修复酶蛋白可以被人体吸收并发挥功效，为光修复酶用于人类紫外线损伤及其相关疾病防护和治疗产品开发提供可靠科学依据。有部分群体存在NER修复系统缺乏或不完整，表现出各种疾病，最常见的是着色性干皮病 (XP)患者，除此之外Cockayne综合症和光敏型的毛发硫营养障碍症也存在NER修复系统缺乏。因此，光修复酶也可以应用到以上疾病的治疗。

尽管生活在南极强紫外辐射的环境中，南极冰藻仍旺盛生长繁殖，这预示着南极冰藻遗传学上对DNA 紫线损伤的高效自我修复能力应是其适应这种恶劣环境的关键机制。与其它地区生物相比，南极冰藻中用于修复紫外线损伤DNA 的光修复酶结构与功能应该有其特异性，才能适应南极这种极为恶劣的强紫外线辐射环境。光修复酶在生物体内的含量极少，每个细胞约有10～20 个光修复酶分子，这使得直接从生物体中分离纯化光修复酶并进行其结构、功能活性和作用机制研究极为困难，但随着基因克隆技术的发展，可以利用基因工程手段克隆南极冰藻光修复酶基因，并将其转化到目的宿主中，完成光修复酶的过量表达和纯化，并对其进行详细的研究。