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核酸条形码技术:扩展蛋白质-蛋白质相互作用检测通量的新方法

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中国生物化学与分子生物学报 2024年第3期40卷 281-294页

作者：李林鑫秦晓红米立志天津大学生命科学学院结构与分子生物学系天津300072

蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction,PPI)几乎参与了机体内所有重要的生物学过程,在细胞的基本生命过程中扮演了至关重要的角色,开发高通量的PPI检测新方法具有重要的生物学意义。目前,下一代测序技术(next-generation ... 详细信息

蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction,PPI)几乎参与了机体内所有重要的生物学过程,在细胞的基本生命过程中扮演了至关重要的角色,开发高通量的PPI检测新方法具有重要的生物学意义。目前,下一代测序技术(next-generation sequencing,NGS)发展快速,能在几天内测定超过10亿个模板的DNA序列。由于并行DNA测序技术所特有的敏感性、特异性、高通量和多路复用优势,其已被用作广谱分子计数器,应用于基因组测序和转录物组测序等领域。核酸条形码技术通过将寡核苷酸标签与目标蛋白质连接起来,从而标记编码蛋白质。之后,利用高通量的测序方法检测相互作用的蛋白质,实现了PPI的高通量检测。这一技术推动了PPI检测方法的飞速发展,提升了单次实验检测的通量,为构建PPI网络提供了强有力的技术支持。本文详细阐述了核酸条形码在PPI检测方法中的设计、生成和读取;通过分析核酸条形码技术在PPI研究中的应用范例,探讨了各自的优势和不足,并评估了数据的可靠性,讨论了基于核酸条形码技术的PPI检测方法未来的发展趋势。

关键词：蛋白质-蛋白质相互作用核酸条形码检测技术下一代测序技术

TMKs-ABP1/ABLs:植物激素生长素的细胞表面受体复合物

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科学通报 2024年第7期69卷 809-811页

作者：张曹莉彭亚坤谭树堂中国科学技术大学生命科学与医学部生命科学学院前沿交叉科学与生物医学研究所合肥230027

植物激素是指在植物生长发育中起着调控作用的微量化合物.其中,生长素(auxin;主要天然形式为吲哚乙酸,IAA)占据无法取代的重要地位,也是第一种被发现的植物激素.生长素参与调控植物生长发育的多个方面,包括胚胎发育、维管组织形成、顶... 详细信息

植物激素是指在植物生长发育中起着调控作用的微量化合物.其中,生长素(auxin;主要天然形式为吲哚乙酸,IAA)占据无法取代的重要地位,也是第一种被发现的植物激素.生长素参与调控植物生长发育的多个方面,包括胚胎发育、维管组织形成、顶端优势、主根生长、侧根形成和果实发育等[1].然而,生长素如何协调如此复杂的生物学过程呢?

关键词：植物激素细胞表面受体顶端优势生长素胚胎发育维管组织侧根形成吲哚乙酸

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人类细胞外囊泡的产量优化与应用

中国生物工程杂志 2024年第9期44卷 1-13页

作者：王晨蕾程临钊刘森泉中国科学技术大学生命科学与医学部合肥230027

目的:构建与优化细胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)的高产平台,验证此平台是否适用于功能蛋白的装载与递送。方法:通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)、流式细胞术或Western blot(WB)检测细胞目的基因表达,采用差速超速离心法浓缩EVs,... 详细信息

目的:构建与优化细胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)的高产平台,验证此平台是否适用于功能蛋白的装载与递送。方法:通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)、流式细胞术或Western blot(WB)检测细胞目的基因表达,采用差速超速离心法浓缩EVs,分别利用WB与纳米颗粒跟踪分析(nanoparticle tracking analysis,NTA)检测EVs标记蛋白表达、粒径分布与产量。利用脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)诱导的A549细胞损伤模型验证EVs递送功能蛋白的能力。通过CCK8检测细胞活力,通过Annexin V检测细胞凋亡,利用qRT-PCR检测Wnt/β-catenin下游基因AXIN2、TCF4、NKD1的表达。结果:流式细胞术结果表明CD9、CD81均能在HEK293T和HEK293F上过表达,NTA检测显示CD9更有助于EVs产量的提高。实现在贴壁细胞体系中EVs产量提升4倍,在悬浮细胞体系中EVs产量提升6倍。之后验证高产平台是否适用于功能蛋白Wnt3a的装载与递送。WB结果证实此高产平台能装载Wnt3a蛋白,NTA检测表明此高产平台在装载Wnt3a的同时将EVs产量提升3倍左右。CCK8、Annexin V结果显示CD9 Wnt3a EVs能明显提高A549细胞在LPS诱导损伤后的细胞活力,抑制细胞凋亡。机制上,qRT-PCR表明CD9 Wnt3a EVs激活了Wnt/β-catenin下游基因AXIN2、TCF4、NKD1的表达。结论:构建了一种基于CD9过表达的EVs高产平台,该平台对EVs产量的提升在贴壁细胞与悬浮细胞中均得到了验证,该平台对功能蛋白Wnt3a的递送能力在LPS诱导的A549细胞损伤模型中得到了验证。该平台为实现EVs量产提供了新策略,有望成为一种新的功能蛋白递送平台,在生物学研究和无细胞治疗领域开拓更多应用。

关键词：细胞外囊泡 CD9 CD81 Wnt3a

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血管力学生物学2023年度研究进展

医用生物力学 2024年第1期39卷 9-16页

作者：邹敏文韩悦上海交通大学生命科学技术学院力学生物学研究所上海200240

心血管系统是一个以心脏为中心、血管为网络的力学系统,力学因素在调控心血管系统生理状态或病理进程中起到直接且关键的作用。冠心病、高血压和脑卒中等多种心血管疾病都有着相似的病理学基础,即由于血管功能失衡及损伤修复异常引起的... 详细信息

心血管系统是一个以心脏为中心、血管为网络的力学系统,力学因素在调控心血管系统生理状态或病理进程中起到直接且关键的作用。冠心病、高血压和脑卒中等多种心血管疾病都有着相似的病理学基础,即由于血管功能失衡及损伤修复异常引起的血管重建。因此,研究力学因素如何产生生物学效应而导致血管重建,阐明心血管力学信号转导通路和力学调控途径,对于深入了解心血管活动和疾病发生的本质及其防治有重要意义。本文以力学刺激(环境)因素和关键力学响应分子为线索,总结2023年度血管力学生物学的最新研究进展。研究结果为进一步探讨力学因素在心血管疾病发病机制中的作用,寻找心血管疾病诊断的标志物和潜在靶标等提供了新思路。

关键词：心血管疾病力学生物学剪切应力周期性张应变细胞外基质

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RNA调控在精子发生及男性不育中的新功能和新机制

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中国科学：生命科学 2024年第1期54卷 59-72页

作者：潘舵殷子奇刘默芳中国科学院分子细胞科学卓越创新中心生物化学与细胞生物学研究所上海200031

精子发生是哺乳动物体内最复杂且高度协调的细胞发育过程,尚有许多未解之谜.男性不育已成为当前一个全球性的人口健康及社会问题,但一半以上患者病因不明.已有研究证据表明,大量RNA结合蛋白在睾丸特异性表达或高表达,结合蛋白质编码mRNA... 详细信息

精子发生是哺乳动物体内最复杂且高度协调的细胞发育过程,尚有许多未解之谜.男性不育已成为当前一个全球性的人口健康及社会问题,但一半以上患者病因不明.已有研究证据表明,大量RNA结合蛋白在睾丸特异性表达或高表达,结合蛋白质编码mRNA或/和非编码RNA组成RNA调控网络,在表观遗传、转录及转录后等多重水平调控雄性生殖细胞的基因表达,在精子发生中发挥不可或缺的重要作用,为雄性生育所必需.近年来的研究发现, RNA调控通路相关基因突变与男性不育密切相关,显示RNA调控异常是男性不育新病因.本文总结近期关于RNA调控与精子发生相关的研究进展,将主要概述RNA修饰调控、可变剪接调控、翻译调控、降解调控等在精子发生中的新功能和新机制,并探讨其异常调控与男性不育的相关性及其在男性不育临床诊治中的潜在应用.

关键词：男性不育精子发生 RNA调控 RNA结合蛋白

Cys_(2)-His_(2)型锌指蛋白安全运输近红外荧光蛋白进入哺乳动物细胞

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南开大学学报（自然科学版） 2024年第4期57卷 56-60页

作者：庞晓楠李世汉贾子瑄佟玉玺刘佳陈喜文陈德富南开大学生命科学学院遗传学和细胞生物学系天津300071 上海科技大学免疫化学研究所上海201210 南开大学生命科学学院生物化学与分子生物学系天津300071

细胞穿膜肽(cell-penetrating peptides,CPPs)是一类能够运输核酸、蛋白及化学药物进入细胞内的短肽.Cys_(2)-His_(2)型锌指蛋白(zinc finger protein, ZFP)具有穿膜肽功能,但其转运的目标分子在细胞内的分布及其对细胞活力的影响尚未... 详细信息

细胞穿膜肽(cell-penetrating peptides,CPPs)是一类能够运输核酸、蛋白及化学药物进入细胞内的短肽.Cys_(2)-His_(2)型锌指蛋白(zinc finger protein, ZFP)具有穿膜肽功能,但其转运的目标分子在细胞内的分布及其对细胞活力的影响尚未见报道.将ZFP与近红外荧光蛋白iRFP682融合表达并评估其通过哺乳动物细胞膜的特性.结果发现,ZFP介导的iRFP682能够进入哺乳动物细胞并定位于细胞核.随着ZFP个数的增加,细胞内的荧光信号强度随之增强,且ZFP作为穿膜肽未对哺乳动物细胞活力产生影响.ZFP介导的细胞穿膜过程与细胞种类不存在相关性,并有望应用于活体成像研究.

关键词： Cys_(2)-His_(2)型锌指蛋白细胞穿膜肽穿膜效率 iRFP682 哺乳动物细胞

体外重构STUB1介导α-1抗胰蛋白酶突变体Z蛋白泛素化修饰反应体系

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生物工程学报 2024年第2期40卷 517-528页

作者：凌雪代艳叶晓张肖雅林佳雨饶朗田朝光中国科学技术大学生命科学与医学部安徽合肥230026 中国科学院天津工业生物技术研究所国家合成生物技术创新中心低碳合成工程生物学重点实验室天津300308 天津科技大学生物工程学院天津300457

α-1抗胰蛋白酶Z型突变体蛋白(α-1 antitrypsin Z-mutant protein,ATZ)是引发α-1抗胰蛋白酶缺陷症(α-1 antitrypsin deficiency,AATD)的主要原因,研究ATZ蛋白的泛素化修饰和降解对于治疗AATD具有重要意义。STUB1是一种重要的E3泛素... 详细信息

α-1抗胰蛋白酶Z型突变体蛋白(α-1 antitrypsin Z-mutant protein,ATZ)是引发α-1抗胰蛋白酶缺陷症(α-1 antitrypsin deficiency,AATD)的主要原因,研究ATZ蛋白的泛素化修饰和降解对于治疗AATD具有重要意义。STUB1是一种重要的E3泛素连接酶,参与调节多种蛋白质的泛素化修饰。然而,STUB1是否参与ATZ的泛素化修饰尚未明确。本研究首先将ATZ和STUB1的编码基因克隆到pET28a质粒,构建了这2个蛋白的表达质粒。随后,将重组质粒转入大肠杆菌表达系统,在优化诱导条件实现了重组蛋白的异源表达。通过金属螯合亲和层析技术纯化得到目的蛋白,并通过蛋白质谱分析验证了其氨基酸序列的准确性。利用纯化的ATZ和STUB1重组蛋白,构建了一个体外泛素化修饰反应体系。实验结果显示,在ATP、E1泛素激活酶和E2泛素结合酶的协同作用下,STUB1成功催化了ATZ的泛素化修饰。本研究提供了一种体外获得Z型突变体ATZ纯化蛋白的方法,并确认了STUB1介导ATZ的泛素化修饰功能,推进了对α-1抗胰蛋白酶Z型突变体蛋白在细胞内降解过程的调控机制的理解。

关键词： α-1抗胰蛋白酶泛素化 E3泛素连接酶蛋白纯化蛋白酶体

植物向重力反应中PIN-FORMED介导的生长素极性运输调控

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生物技术通报 2024年第3期40卷 25-40页

作者：王贤彭亚坤陈猛孔梦娟谭树堂中国科学技术大学生命科学与医学部生命科学学院前沿交叉科学与生物医学研究所合肥230027

植物的向性,即植物对光或重力等环境刺激信号产生的定向生长反应。在向重力性反应中,植物器官将重力感知为定向环境信号,来控制其器官的生长方向以促进生存。植物激素生长素及其极性运输在植物向重力反应中起着决定性的调控作用。质膜... 详细信息

植物的向性,即植物对光或重力等环境刺激信号产生的定向生长反应。在向重力性反应中,植物器官将重力感知为定向环境信号,来控制其器官的生长方向以促进生存。植物激素生长素及其极性运输在植物向重力反应中起着决定性的调控作用。质膜定位的生长素输出蛋白PIN-FORMED(PIN)通过动态的亚细胞极性定位,改变生长素运输的方向以响应环境刺激,由此植物器官间建立的生长素浓度梯度是细胞差异化伸长和器官弯曲的基础,来调控植物的形态建成和生长发育过程。本文主要讨论发生在植物重力感受细胞内早期重力感知和信号转导机制的最新研究进展、PIN介导的生长素极性运输、PIN的极性定位以及质膜蛋白丰度的调控机制等。

关键词：向重力性 PIN 生长素转运极性内膜运输

O⁃GlcNAc糖基化修饰在免疫系统中的作用

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中国生物化学与分子生物学报 2024年第4期40卷 474-483页

作者：薛俊杰孙慧武汉大学生命科学学院生物化学与分子生物学系过敏及免疫相关疾病湖北省重点实验室武汉430072

O-GlcNAc糖基化修饰是一种广泛存在于细胞内蛋白质上的翻译后修饰,与一般的蛋白质糖基化修饰不同,催化该修饰的O-GlcNAc糖基转移酶将GlcNAc糖单元添加在蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上后便不再延伸。自被发现以来,已有大量研究表明,O-Glc... 详细信息

O-GlcNAc糖基化修饰是一种广泛存在于细胞内蛋白质上的翻译后修饰,与一般的蛋白质糖基化修饰不同,催化该修饰的O-GlcNAc糖基转移酶将GlcNAc糖单元添加在蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上后便不再延伸。自被发现以来,已有大量研究表明,O-GlcNAc糖基化修饰广泛参与了细胞生长发育、基因转录调控、免疫反应和应激反应等诸多基础性的生理过程。在免疫系统中,O-GlcNAc糖基化修饰通过多种途径调控免疫细胞的活化、分化以及功能发挥。巨噬细胞的分化与表型维持依赖O-GlcNAc糖基化修饰的稳态,葡萄糖代谢水平的改变或OGT的缺失都会导致巨噬细胞极化发生转变。此外,O-GlcNAc糖基化修饰通过改变NF-κB等转录因子的活性调节细胞因子的转录维持巨噬细胞炎性,亦可影响MAVS蛋白泛素化以响应病原体感染。在其他先天性免疫细胞中,O-GlcNAc糖基化修饰水平的降低都会不同程度地影响细胞免疫功能。T细胞和B细胞中的NF-κB、NFAT和c-Myc等转录因子上均受到该修饰的调控,从而影响细胞因子与代谢相关基因的表达,并伴随着较高水平的葡萄糖摄入和O-GlcNAc糖基化修饰,以满足细胞活化与增殖。O-GlcNAc糖基化修饰在免疫系统中的异常变化与慢性炎症、肿瘤等相关疾病的发生发展密切相关,或成为肿瘤免疫逃逸的手段。深入了解O-GlcNAc糖基化修饰在免疫系统中的作用,将有助于揭示免疫调控的分子机制,为新型免疫治疗策略的开发提供理论基础。

关键词： O-GlcNAc糖基化修饰 O-GlcNAc糖基转移酶免疫细胞炎症反应肿瘤逃逸