生物时钟与能量代谢的整合研究

生物时钟系统是生物界的共有系统。以哺乳动物为例,生物时钟控制着各种生理进程,如睡眠周期、血压、血液激素水平及能量代谢等,使之呈现出以大约24 h为周期的节律性变化。哺乳动物的生物时钟与能量代谢稳态之间存在紧密的联系。该文根据此前的研究将二者间的整合模式归为以下3类:(1)以核受体、转录因子/辅因子及其分子伴侣、非编码RNA等为节点,同时调控时钟与代谢进程,促使二者整合,即"并联型"整合模式;(2)由钟控基因(clock-controlled genes,CCGs)承接生物时钟信号,作为下游效应器进而调控代谢进程,线性化使二者整合,即"串联型"整合模式;(3)以某些代谢物为节点,既能响应上游环境刺激,又能同时调控下游时钟和代谢进程,促使二者整合,即"组合型"整合模式。综上所述,对生物时钟和能量代谢整合的研究为将来从时辰生物学的角度防控及治疗代谢综合征提供了新的思路。     

病毒感染影响宿主细胞代谢研究进展

作为专性的细胞内寄生物,病毒没有独立代谢的能力,因此完全依赖于宿主细胞的代谢机制。病毒利用宿主细胞代谢网络提供的能量和生物合成前体物质来驱动其复制、装配和释放。因此,病毒挟持宿主细胞代谢以实现自身的复制和增殖。此外,病毒还可以通过编码辅助代谢基因(auxiliary metabolic genes,AMGs)调控宿主的细胞代谢,影响碳、氮、磷、硫循环,参与微生物驱动的生物地球化学循环。本文主要从细胞葡萄糖代谢、谷氨酰胺代谢、脂肪酸代谢、病毒AMGs调控宿主代谢影响生物地球化学循环4个方面总结病毒感染对宿主核心代谢途径影响的研究,以期为深入理解病毒-宿主相互作用提供参考,也将为通过代谢干预治疗病毒性疾病提供一定的理论依据。     

生物时钟与脂肪组织代谢整合机制研究进展

生物时钟广泛存在于各种生物体中,并调控机体的生理稳态。近年来的研究已部分阐明,中枢和外周时钟内在的反馈机制在能量代谢稳态中起重要作用。随着一天中能量需求的波动,哺乳动物脂肪组织的生理机能也表现出相应的昼夜变化。现对与脂肪组织生物时钟偶联的重要元件及其关联调控机制,尤其是基于小鼠模型得到的启发性研究成果进行综述。这些研究成果不仅阐明了生物时钟和脂肪组织能量代谢之间的内在联系,也从时间生物学的视角为治疗肥胖等代谢性疾病提供了潜在的药物靶点。     

生物时钟调控DNA损伤反应的研究进展

随着地球的自转,哺乳动物的许多生理和行为都表现出以24h为周期的节律性振荡。生物时钟是昼夜节律产生的物质基础。在分子水平上,生物时钟由一组高度保守的时钟基因及其编码的蛋白质形成的转录-翻译反馈环路组成。它控制着许多生化反应的进行,包括细胞对基因毒性刺激等环境因素的反应。最近的研究发现,生物时钟在细胞的DNA损伤反应过程(包括DNA修复、DNA损伤检验点以及细胞凋亡)中发挥着重要的调控作用。深入了解其中的机制将为治疗相关疾病提供潜在的药物靶点,也可指导开发新的治疗方案,如时辰疗法。     

基于多尺度参数相关分析的细胞培养过程优化与放大

细胞大规模培养过程是活体细胞代谢的过程,因此存在着基因、细胞、反应器多尺度相关关系。通过对生物反应过程中生理代谢特性参数检测,并分析参数的理化相关和生物相关,可以实现多尺度观察与调控。主要介绍了在生物过程优化与放大研究中,整合分析与细胞生理代谢特性相关的参数变化信息以及反应器流场特性参数变化信息,从而实现微观与宏观相结合的过程优化方法以及细胞生理和反应器流场特性相结合的过程放大策略。     

一碳代谢路径通路在癌症发生中作用研究进展

我国癌症发病群体不断年轻化,发病率不断增加。最近科学研究表明,细胞代谢相关调控基因已成为新的癌症诊断标记和治疗靶点。一碳代谢对于细胞代谢必不可少,一碳代谢需要叶酸、丝氨酸和蛋氨酸等细胞必需的生物代谢物质参与,同时也产生嘌呤、腺苷和胸苷酸等生物代谢物质。一碳代谢包括三类关键反应:叶酸循环、蛋氨酸循环、反硫化途径。在叶酸循环中,叶酸及叶酸循环中间产物可以通过产生嘌呤和胸苷酸调控癌症细胞的生长和增殖。在蛋氨酸循环中产生的多胺和甲基等中间产物也能调控癌症细胞的生长和增值。反硫化途径是谷胱甘肽合成的重要途径,谷胱甘肽能够生成与肿瘤细胞密切相关的活性氧。该研究将简要综述一碳代谢在癌症发生中的作用,概况了近年来一碳代谢通路重要因子及中间产物作为靶点对癌症治疗的意义。     

昼夜节律钟调控代谢的研究进展

生理和行为的昼夜节律性调控对健康生活是必需的。越来越多的流行病学和遗传学证据显示昼夜节律的破坏与代谢紊乱性疾病相关联。在分子水平上,昼夜节律受到时钟蛋白组成的转录一翻译负反馈环的调控。时钟蛋白通过以下两种途径调节代谢：首先,时钟蛋白作为转录因子直接调节一些代谢关键步骤的限速酶和代谢相关核受体的表达,其次作为代谢相关核受体的辅调节因子来激活或抑制其转录活性。虽然时钟蛋白对代谢途径的调节导致代谢物水平呈昼夜节律振荡,但是产生的代谢物反过来又可以影响昼夜节律钟基因的表达,进而影响昼夜节律钟。深入研究昼夜节律钟与代谢的交互调节可能为治疗某些代谢紊乱性疾病提供新的治疗方案。     

原位显微镜在细胞生物量在线监测中的发展与应用

随着现代生物技术的快速发展,生物发酵过程在工业生产中的重要性日益增加。为获得质量稳定的发酵产品,通常需要对发酵过程进行监测与调控。生物量可以直接反映生物反应器中细胞代谢的主体——细胞的生长状况,因此实现生物量的在线监测对发酵过程的调控具有重要意义。原位显微镜是一项非侵入式的、基于图像分析的技术,可以实时监测生物过程中的细胞量。文中就原位显微镜的发展及其在细胞生物量实时监测中的应用进行了综述。     

环境胁迫下内生菌与宿主代谢相互作用研究进展

植物体内成分是实时反映其生理状态的最直接指标,是其遭受生物或非生物胁迫应激状态的体现,微生物与植物的共生抗逆亦由代谢的重置与调控得以实现。内生菌可以自身细胞功能或代谢产物调控宿主代谢,其自身可产生独特的、显著区别于宿主的代谢成分参与抗逆;而宿主内环境的长期“驯化”亦可改变内生菌的表型和代谢。较全面地分析了植物与微生物共生抗逆在代谢层面的相互作用,旨为同一领域工作者提供有价值的参考。     

能量感受器 AMPK 在体调控 T 细胞代谢适应和功能发挥

初始T细胞会进行代谢重编码,进而满足分化为效应性T细胞后,所增加的对能量及生物合成的需要。但是营养物质的利用对T细胞代谢及功能的具体调控机制目前尚不清楚。本文作者证明了在营养物质利用改变的情况下,效应性T细胞代谢的变化。激活的T细胞具有葡萄糖敏感的代谢调定点,受能量感受器AMPK调控,通过调节mRNA翻译以及谷氨酰胺依赖的线粒体代谢维持T细胞生物能量合成和存活。T细胞缺失AMPKα1后,离体葡萄糖饥饿和在体病理状态下都表现出线粒体生物能量合成减少和ATP降低的现象。     

能量感受器AMPK在体调控T细胞代谢适应和功能发挥北大核心CSCD

初始 T 细胞会进行代谢重编码,进而满足分化为效应性 T 细胞后,所增加的对能量及生物合成的需要。但是营养物质的利用对 T 细胞代谢及功能的具体调控机制目前尚不清楚。本文作者证明了在营养物质利用改变的情况下,效应性 T 细胞代谢的变化。激活的 T 细胞具有葡萄糖敏感的代谢调定点,受能量感受器 AMPK 调控,通过调节 mRNA 翻译以及谷氨酰胺依赖的线粒体代谢维持 T 细胞生物能量合成和存活。T 细胞缺失 AMPKα1后,离体葡萄糖饥饿和在体病理状态下都表现出线粒体生物能量合成减少和 ATP 降低的现象。最后,作者证明 AMPKα1是 Th1和 Th17分化,以及在体初始 T 细胞对病原微生物反应所必须的。本文提示 AMPK 依赖的代谢平衡调控可能作为干预 T 细胞介导的适应性免疫的关键点。     

相分离与RNA的相互调控

细胞内生物大分子通过相分离形成凝聚体对复杂精细的生物化学反应进行调控,从而保证细胞生命活动高效有序地进行. RNA是细胞内丰度极高的生物大分子,在大部分凝聚体的形成和调控中起着关键作用. RNA自身可以发生相分离,也可以通过其电荷和结构等特征影响蛋白质的相分离.反之,蛋白质的相分离可以调节RNA的生成、代谢和功能等.因此,相分离为蛋白质-RNA生物大分子机器发挥功能提供新维度.本文对RNA与相分离的相互调控进行总结,并对未来相分离研究在RNA生物学中的作用提出展望.     

基因编码型生物传感器在微生物细胞工厂中的应用进展

合成生物学的迅猛发展推动了微生物细胞工厂中多种复杂化学品的生物合成,但仍存在产量低、生产效率不高等诸多问题。基因编码型生物传感器可以感知细胞内外代谢物浓度及外界环境的波动,产生可测量的信号输出或调控通路中的基因表达水平,具有成本低、操作简单、可再生等优点。目前,基因编码型生物传感器已经成为合成生物学和代谢工程的重要组成部分,是微生物细胞工厂中代谢动态调控及理想表型进化/筛选的强大工具。概述了基因编码型生物传感器的组成及工作原理,重点介绍了基因编码型生物传感器在微生物代谢动态调控及高通量筛选中的最新研究进展,就基因编码型生物传感器设计与构建过程中面临的挑战进行探讨,并展望了其今后的发展方向。     

miR-223的表达调控及生物功能研究进展

microRNA (miRNA)是一类非编码的单链小RNA分子,能够调控靶基因表达,对各种生物过程发挥重要的作用。miR-223是一种高度保守的miRNA,在多种组织、细胞中均有表达,并且其表达受到CEBPA和NFIA等重要转录因子的调控。miR-223对肝脏、脂肪组织和血液中的脂质代谢,如脂蛋白吸收、类固醇生成和脂肪酸去饱和等过程起调控作用;另外,它还对造血、癌症发生、炎症以及其他一些重要生物过程起调控作用。对其进行深入研究可以为脂质代谢疾病、血液病和癌症的治疗提供一个新思路,同时,有助于对调控家禽肝脏脂质代谢和控制卵黄脂质沉积,从而改善家禽脂肪肝和蛋黄品质提出新的策略。     

代谢物生物传感器:微生物细胞工厂构建中的合成生物学工具

代谢物生物传感器作为重要的合成生物学工具,能够感应细胞内代谢物浓度的变化,转化为特定信号输出,在微生物细胞工厂的构建中显现出巨大的应用潜力。其主要组成部分通常包括生物识别元件和信号输出元件,前者来源于自然界中丰富的调控元件,如转录因子、核糖开关等,有着不同的响应机理,后者可以为荧光信号、生长优势、特定代谢通路的开闭等,取决于应用所需。着重介绍了近年来代谢物生物传感器在微生物细胞工厂构建中的应用实例,主要包括目标化合物菌株的高通量筛选、选择、胞内代谢动态调控和非遗传异质性选择,同时也着重讨论了代谢物生物传感器的性能对于应用的影响和在实际应用中可能面临的机遇与挑战。     

细胞代谢过程中的酶促糖基化及其功能

细胞代谢过程中多样的生化修饰反应能够精细调控细胞的活力与功能。其中,酶促糖基化是细胞代谢调控过程中普遍存在的一种分子修饰,对维持和调节细胞功能具有重要影响。糖基转移酶通过将糖基供体的糖基转移至相应的受体分子来实现糖基化修饰。受体分子经过糖基化修饰会改变其在细胞内的稳定性、溶解性和区域定位等特性,并在调节细胞周期、信号转导、蛋白质表达调控、应答反应和清除细胞异物等诸多生物过程中起着重要作用。简要介绍了细胞代谢过程中糖基转移酶超家族的分类、命名和催化机制。重点阐述细胞中蛋白质类生物大分子和小分子化合物的糖基化反应及其在细胞代谢过程中的功能。展望了细胞中糖基化反应及糖基转移酶在人类健康、医药产品、工业催化、食品和农业等领域的应用前景。     

《普通生物化学》(第5版)

<正>主编:陈钧辉张冬梅书号:978-7-04-039644-7出版日期:2015年1月定价:68.00元内容简介全书分4篇共21章。第一部分生物分子,包括糖类、脂质、蛋白质、核酸、酶、维生素和激素。第二部分生命活动的基本单位——细胞,包括细胞及其结构、生物膜的结构和功能,这为学习代谢提供方便。第三部分物质代谢及其调节,包括生物能学与生物氧化、代谢总论、糖代谢、脂质代谢、蛋白质的降解和氨基酸代谢、核酸的降解和核苷酸代谢、代谢的相互联系和调控。第四部分遗传信息的传递和表达,包括DNA复制、转录、翻译和基因表达调控。第五部分生物化学的前沿学     

植物细胞培养生物反应器的种类特点及展望

生物反应器技术应用于植物细胞培养既可以打破环境条件的限制,又有助于生产过程的人为调控,为植物细胞大规模培养或工厂化直接生产植物细胞有用代谢产物创造了条件,是当前植物细胞培养工作的研究热点。在介绍植物细胞培养特点的基础上,对适用于植物细胞培养的各类生物反应器(搅拌式生物反应器、非搅拌式生物反应器、用于植物细胞固定化培养的生物反应器、光生物反应器以及一次性培养生物反应器)的原理、优缺点等进行比较分析,最后提出了植物细胞培养生物反应器研究的发展方向,以期为植物细胞培养生物反应器的选择及改良提供参考。     

细胞代谢过程分析方法及模型优化

细胞代谢是一个复杂的生物化学反应体系 ,可以在不同的水平上进行调控 ,如控制酶数量的翻译水平调控和调节酶活性的反应水平调控。细胞代谢为了一系列的特定目标而趋于最优化状态 ,如减少能量生产、减少ＮＡＤＰ的合成、增强氧气输送等等[1] 。在漫长的生物进化过程中 ,细胞已达到了这样的最优化状态。然而在一定的介质和条件下 ,生化反应中的微生物并不能充分发挥其潜在的全部催化活性 ,这是由于野生菌株还未能适应其新的目标———根据人类需要最大化生产或选择性生产特定物质。代谢工程通常被认为是“提高细胞活性的工程” ,是利用基因工…     

靶向生物钟的小分子化合物的筛选与疾病治疗

生物时钟参与了生物体内多种生理功能的调节。流行病学和遗传学的相关证据显示,生物时钟的紊乱导致了包括自身免疫病、代谢综合征和癌症等许多病理状况。而相关研究表明,一些小分子化合物可以通过作用于生物钟系统使机体健康状况得到改善。这些小分子化合物通常通过调节节律系统中的重要元件,进而增强机体的生物节律或修复紊乱的节律。因此,将昼夜节律系统作为药物靶点,为昼夜节律紊乱相关的疾病的治疗提供了新的策略。例如作为一种时钟信号分子的褪黑素,常被考虑用于治疗失眠等疾病。然而,目前临床上缺乏有效调控节律表型的药物,在此情况下,蛋白激酶抑制剂是目前处于临床前开发中的一类有效地引起较大时相延迟的化合物。而其他小分子除了作为免疫调节剂的ROR激动/抑制剂以外,在临床上的应用还十分有限,多数仅限于在动物模型上的研究。本文总结了目前已发现的对生物体昼夜节律系统具有调控作用的小分子化合物,并简要归纳了其筛选策略,为开发靶向作用于昼夜节律系统的药物提供理论基础。