液-液相分离在细胞信号调控过程中的作用机制

近年来,液-液相分离(简称相分离)因其独特的功能与组织性,在细胞生物学研究中发展迅速。细胞内部分蛋白质及核酸(多为RNA)等生物大分子通过由多种弱多价相互作用及构象熵共同介导的相变(phase transition)形成无膜细胞器(membraneless organelles, MLOs)。这些无膜结构具有明显的流体性质,包括其圆形外表、可浸润、滴落和彼此融合,并具有动态的内部成分交换。在体内形成的无膜细胞器,广泛参与到包括细胞膜信号传导、膜结合蛋白质组装、染色质重塑、RNA代谢、突触传递、活跃转录中心形成、有丝分裂结构形成,以及蛋白质病理性转变等多种重要的细胞内信号调控过程。本文从相分离的研究背景,相分离发生的分子机制,正常相分离过程参与的多种细胞生理活动,异常相分离与神经性疾病及癌症发生的关系等方面,阐述了生物大分子的相分离在细胞信号调控过程中的普遍性及重要作用,并对研究相分离的实验技术和常用的相分离数据库进行了介绍。生物大分子相分离行为的发现,为重新理解众多结构及细胞生物学现象提供了全新的角度,生物大分子相分离可能作为一种新的生物学过程,帮助重新认识众多信号通路的调控方式,也有望为相关疾病的治疗提供新的方向。     

生物大分子相分离在植物中的研究进展

细胞中存在种类繁多的无膜细胞器,在感知环境信号,基因表达调控,RNA加工等过程中发挥了重要的作用,而生物大分子相分离被证明是无膜细胞器形成的主要方式。文章介绍了生物大分子相分离的概念与特征,总结了有关相分离在植物对环境信号响应中的研究进展,并对相分离在植物中的生物学功能进行了分类,以期解析相分离在植物生长发育和逆境适应中的作用机理,揭示植物无膜细胞器的本质与功能。     

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.     

无膜颗粒与生物大分子液-液相分离:形成机制、生物功能及数据资源

为了保证细胞内各种生化反应和调控过程的有序进行,细胞内存在一系列隔室将不同的生物分子分隔开来。这其中除了有膜细胞器,还存在一类无膜细胞器或无膜颗粒,使得具有特定功能的蛋白质和核酸在不同无膜颗粒中聚集,保证相应生化过程在特定时空条件下高效进行。大量的研究证据表明,液-液相分离(liquid-liquid phase separation, LLPS)是介导胞内无膜颗粒凝聚形成的重要机制。本文首先围绕相分离介绍了胞内无膜颗粒的形成机制;进一步总结部分胞内无膜颗粒的功能,以及相分离在其行使生理功能时发挥的重要作用;最后总结相分离数据库及其所常采信的实验方法,期望通过对胞内无膜颗粒形成机制、生物功能及相分离数据资源的总结,为初入领域的科研工作者提供参考,并推进高通量方法在相关领域研究的应用与发展。     

生物大分子“液–液相分离”调控染色质三维空间结构和功能

生物大分子的相分离聚集(简称相分离)是驱动细胞内无膜细胞器形成的主要机制,参与众多生物学过程并和多种人类疾病密切相关,如神经退行性疾病等。近年来,研究人员围绕相分离现象的分子机制和生物学功能,发现了相分离与信号传导、染色质结构、基因表达、转录调控等一系列生物学过程存在紧密关联,为理解细胞命运决定和疾病发生提供了新的视角,为疾病治疗和新药研发开辟了新的可能途径。本文在回顾了相分离研究的发展过程、相分离现象在生物学中的应用,以及相分离与疾病的关系的基础上,重点分析了近年来相分离与染色质结构关联方面的研究突破,包括相分离如何感知并重塑染色质结构、超级增强子如何通过相分离调节基因表达、共转录激活因子如何通过相分离参与基因表达调控等,以期为进一步理解相分离与染色质空间结构的关系提供参考。     

细胞内生物大分子的相分离研究进展

细胞内生物大分子的相分离(Phaseseparation)现象是近几年受到极大关注的新兴研究领域。作为一种细胞生化反应的聚集分割机制,其在自然界中广泛存在,参与基因转录调控,影响生物体对外界刺激的应答等重要生理过程。相分离失调可能导致一些重大疾病的发生,诸多交叉领域的研究者正试图通过相分离这个全新角度来审视老年痴呆等相关疾病,探索其发生的分子机制以及通过相分离进行干预和治疗的潜在可能性。文中拟介绍该领域最新研究进展,从生物相分离现象的发现、生化基础及其与疾病发生的联系等方面,综述目前的主要研究方向,并对该领域拟解决的关键问题进行展望。     

生物大分子动态修饰前沿进展

正生物大分子,包括核酸、蛋白质、多糖等,是组成生命体系的基本元件。这些元件的序列信息决定了生物大分子的基本功能,但它们在生理活动或异常病理活动中的作用受到动态化学修饰的精细调控。生物大分子动态化学修饰是目前生命科学研究进展最为迅速的前沿研究领域,推动了表观遗传学的发展。化学修饰多态性决定了生物大分子动态修饰的复杂多样性,如发生在DNA分子上的化学修     

专访单分子荧光成像领域青年学者——刘珈泉研究员

<正>经典生命科学侧重于分子和细胞集群的研究——即研究含有大量相同形态或功能的分子或细胞。然而,单个分子或分子群的行为和功能很可能与集群表现出的有所不同。通过单分子水平的研究,包括观察生物大分子构象的变化、功能活动,以及与其他分子相互作用的动力学过程,可揭示出被集体行为平均化所掩盖的“个性”和其中蕴藏的丰富信息,进而深入了解生命活动的微观规律。过去二十多年来,单分子生物学大大增进了人们对许多生物大分子工作机理的理解。本期我们有幸采访到单分子荧光成像领域青年专家刘珈泉研究员,请他为我们分享他的科研经历以及对单分子成像研究领域的分析。     

生物质谱技术在蛋白质组学研究中的应用

随着技术的进步,蛋白质组学的研究重心由最初旨在鉴定细胞或组织内基因组所表达的全部蛋白质转移到从整个蛋白质组水平上阐述包括蛋白翻译后修饰、生物大分子相互作用等反映蛋白质功能的层次。多种质谱离子化技术的突破使质谱技术成为蛋白质组学研究必不可少的手段。质谱技术联合蛋白质组学多角度、深层次探索生命系统分子本质成为现阶段生命科学研究领域的主旋律之一。本文简要综述了肽和蛋白质等生物大分子质谱分析的原理、方式和应用,并对其发展前景做出展望。     

植物生物反应器制药的现状及展望

随着生命科学的发展以及基因工程和分子生物学技术的迅速崛起,人们能够利用不同生物体作为"工厂"生产出可供治疗人类疾病和具有保健功能的产品,即生物制药。目前使用的生物反应器平台有细菌、酵母、昆虫细胞、哺乳动物细胞和植物表达系统,其中以植物为平台的生物反应器以其技术操作简单和成本较低越来越受到人们的青睐。就植物生物反应器在生物制药领域的应用、存在的问题以及可以采取的改进措施进行了概述。同时针对目前生物制药发展的趋势,对植物生物反应器的应用及推广进行了展望。     

通过哺乳细胞CRISPR/Cas9敲除文库实现高通量功能性基因筛选

探索基因及其表达蛋白在各种生理和病理过程中的作用是生命科学领域研究的永恒主题。对原核或者模式生物来说,有相对简单和成熟的遗传技术手段;但是对高等生物特别是哺乳类细胞或者个体,一直缺乏有效方法实现对特定基因的精准修饰来进行功能研究。随着近几年基因组靶向编辑技术的出现,对单一真核基因进行定点改变的遗传手段得以迅速发展。     

超离心法及其在放射损伤研究中的应用

超离心机是研究高分子化合物如生物大分子蛋白质、核酸和病毒等的一个重要工具。在分析方面主要用以测定这些生物大分子的沉降系数与分子量。在制备方面可用以分离这些生物大分子和有关的亚细胞成分。在研究电离辐射对细胞原发损伤的规律时,观察射线对生物大分子的损伤和亚细胞成分的破坏,及其对生化功能的影响等问题,超离     

液质联用在多肽及蛋白质定性方面的研究进展

随着液质联用技术的不断发展,液相色谱—质谱联用系统广泛应用于药物分析、食品分析、环境分析等多方面,该技术将液相色谱的高分离能力与质谱强大的结构鉴定功能相结合,具备了高分离度、高灵敏度、高选择性以及提供丰富结构信息等一系列优点。这些优点决定了液相色谱—质谱联用系统将在越来越多地相关领域得到应用,尤其是近年来在生物大分子方面开展了大量研究,结合这些研究对液质联用技术在多肽及蛋白质定性方面进行了系统归纳。     

卵泡液中细胞外囊泡及其携带的microRNA对卵泡发育的作用

细胞外囊泡(Extracellular vesicles,EVs)是指细胞分泌的双层膜转运囊泡。EVs能从细胞中摄取大分子物质,并将其转移至受体细胞。在这些大分子物质中,研究最多的就是microRNA (miRNA)。miRNA是一种参与基因表达调控的非编码RNA,已证实在哺乳动物卵泡液EVs中有不同的非编码RNA存在,EVs携带miRNA可以作为自分泌和旁分泌的替代机制,影响卵泡发育。文中系统介绍了EVs的种类、特征和分离鉴定方法,重点综述了EVs及携带的miRNA对卵泡发育的作用,包括早期卵泡发育、卵母细胞成熟、卵泡优势化以及对颗粒细胞功能的影响。同时对卵泡液中EVs及其携带的miRNA的未来研究进行了展望,为卵泡液中EVs及携带的miRNA功能的研究及应用提供了思路和方向。     

现代分子生物学研究方法综述

分子生物学是生命科学的重要分支学科,目前以生物大分子为研究对象的分子生物学已经成为现代生物学领域里最具活力的学科．对分子生物学的研究内容、特点及现代分子生物技术的一些进展进行了综述,并展望了现代分子生物学的发展趋势．     

中国生物微量元素研究的现状与展望

微量元素包括铁、锌、铜、锰、硒、碘等,在机体生命活动中发挥着极其重要的生理学功能,参与蛋白质结构,并通过与蛋白质和其他有机基团结合参与酶、激素和维生素等生物大分子合成。微量元素代谢失衡会发生系列病理改变并最终导致疾病。生物微量元素研究是多学科交叉的科学研究领域,业已成为生命科学的国际研究热点。该领域发展对人类生存与健康具有重要意义。经过几代科学家的不懈努力,我国的生物微量元素研究已经从无到有,逐步取得令国际同行瞩目的科研成果,尤其近年来,我国该领域基础研究快速发展,更是相继产生了诸多高水平原创性科研成果。这种迅速发展与壮大,得益于大批海外归国优秀人才,更离不开国家和社会在科研经费和政策等方面的大力支持。简介了近年来我国生物微量元素研究领域的科学家及其主要科研成果,期望广大读者能全面了解国内生物微量元素研究现状以及可喜的发展趋势。衷心期待着中国的生物微量元素研究能有更大发展,能有更大成就。     

液-液相分离与神经系统退行性疾病

细胞区室化(compartmentation)有助于分隔不同的生化反应，使其相互不产生干扰。有膜细胞器是通过生物膜把细胞内不同的空间分隔，进而实现细胞区室化。研究发现，细胞区室化也会通过细胞中无膜细胞器实现，但核仁等无膜区室的形成机制一直未得到明确。“液-液相分离”(liquid-liquid phase separation, LLPS)机制的发现，为解开无膜区室的谜题提供了全新的思路。现在认为，多种蛋白质和RNA也是通过LLPS机制形成局部的高浓度冷凝物，发挥更强或独特的基因表达调控、细胞信号转导等功能。LLPS的形成主要依赖于蛋白质和/或核酸之间的多价态非共价键相互作用，主要包括由低复杂序列区域介导的相分离及由多个重复结构域间特异性作用介导的相分离。组分浓度、pH和翻译后修饰等条件均能改变分子多价相互作用的强度，从而调节相分离和相变过程。蛋白质相分离的失调与肌萎缩性侧索硬化症、阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈症和帕金森病等多种神经退行性疾病的发生有关。在这些退行性疾病中，已发现TDP-43、FUS、Ataxin-2、Tau蛋白等致病基因的突变，以及修饰会导致LLPS异常而形成病理特征性的...     

生物大分子的类型

生物大分子是细胞的基本结构和功能单位,也是研究生命现象中的物质基础。生物体内的分子组成如何?哪些分子才算生物大分子?这些大分子有没有分子量的下限?     

国际生物经济战略透视

生命科学与生物技术的发展推动了"生物经济"概念的形成。在对生物经济概念的缘起和演变进行系统梳理的基础上,对国际生物经济战略与政策动态进行了全景式扫描和综合分析,归纳出生物经济战略所共有的主流特征。这些特征包括:生物经济发展领域涵盖广,多方位促进经济绿色转型;以可持续为指归,形成迈向可持续未来的综合平台;将生物质作为驱动生物经济的基础资源,重视加强创新技术的研发。