Bcl—2家族蛋白与细胞凋亡

Bcl 2家族蛋白是在细胞凋亡过程中起关键性作用的一类蛋白质。在线粒体上 ,Bcl 2家族蛋白通过与其他凋亡蛋白的协同作用 ,调控线粒体结构与功能的稳定性 ,发挥着细胞凋亡“主开关”的作用。Bcl 2家族包括两类蛋白质 :一类是抗凋亡蛋白 ,另一类是促凋亡蛋白。在细胞凋亡时 ,Bcl 2家族中的促凋亡蛋白成员发生蛋白质的加工修饰 ,易位到线粒体的外膜上 ,引起细胞色素c、凋亡诱导因子等其他促凋亡因子的释放 ,导致细胞凋亡 ;而平时被隔离在线粒体等细胞器内的该家族的抗凋亡蛋白成员则抑制细胞色素c和凋亡诱导因子等促凋亡因子的释放 ,具有抑制细胞凋亡的功能。但一旦这类抗凋亡蛋白成员与激活的促凋亡蛋白发生相互作用后 ,便丧失了对细胞凋亡的抑制作用 ,造成线粒体等细胞器的功能丧失和细胞器内促凋亡因子的释放 ,导致细胞凋亡。现以Bcl 2家族调控细胞凋亡的最新研究进展为基础 ,对Bcl 2家族成员及其蛋白质结构、分布和调控细胞凋亡的分子机制进行综述。     

线粒体PT孔与细胞凋亡

线粒体在细胞凋亡中有着重要作用,而线粒体PT孔开放是线粒体因素导致细胞凋亡的关键。促凋亡因素通过诱导PT孔的形成,导致线粒体膜电位丧失,使细胞色素C和凋亡诱导因子等释放进入细胞浆,启动细胞凋亡程序,诱导细胞凋亡。本文就目前线粒体PT孔的结构、可能的凋控机制及其在细胞凋亡中作用的研究进展进行综述。     

线粒体跨膜电位与细胞凋亡

细胞凋亡作为细胞固有的、受机体严密调控的细胞死亡形式,在多细胞生物体清除衰老细胞及无能细胞等方面发挥重要的作用.近年来,细胞凋亡的研究重点已从细胞核转向线粒体.各种死亡信号诱导线粒体膜通透性改变孔（permeability transition pore, PT pore）开放,引起线粒体跨膜电位下降,导致促凋亡物质释放,继而激活caspase,最终使细胞凋亡.Bcl-2和Bcl-X_L通过对线粒体作用而抑制细胞凋亡,而Bax、Bak与Bad通过调节线粒体而诱导细胞凋亡.     

镉诱导HEK293细胞凋亡及其线粒体凋亡途径

本课题研究了氯化镉(CdCl_2)诱导HEK293细胞(人胚胎肾细胞系)的凋亡,初步探讨了凋亡过程中Caspase-3、Bcl-2的变化和凋亡诱导因子(AIF)的转移以及它们的意义。MTT法检测CdCl_2对HEK293细胞增殖的抑制作用;通过倒置显微镜、电镜、琼脂糖凝胶电泳、流式细胞术、激光共聚焦观察细胞凋亡;应用Western blot法和荧光免疫法测定Caspase-3酶原、Bcl-2蛋白的变化以及检测AIF蛋白在细胞中的定位。结果显示:CdCl_2对HEK293细胞具有显著的生长抑制作用,并呈明显的剂量和时间依赖性。在琼脂糖凝胶电泳中,显示有凋亡细胞特有的DNA梯状条带,其中30μmol/L作用6-9h梯状条带最为清晰,时间过长或浓度过高则梯状条带逐渐模糊,表明镉浓度过高或处理时间过长,细胞有坏死。流式细胞仪检测也印证了这一结果。形态学观察可见明显的细胞凋亡特征。同时线粒体膜电位明显下降,发现Caspase-3酶原蛋白、Bcl-2蛋白含量减少,并具有时间依赖性;另外检测到线粒体AIF向细胞核转移。而Bcl-2转染后有一定的抑制凋亡作用。实验结果提示,CdCl_2能够诱导HEK293细胞凋亡,线粒体损伤导致AIF转移与细胞色素c释放,从而引发的非Caspases与Caspases凋亡途径可能在镉引发的细胞凋亡过程中起重要作用,而Caspase-3, Bcl-2起着重要的调控作用。     

BMF促细胞凋亡研究进展

BMF(Bcl-2-modifying factor)是一种具有促凋亡作用的Bcl-2家族成员.在正常生理状态下,内源性的BMF持续锚定在胞浆中的细胞骨架上,时刻感受细胞内的变化.一旦损伤刺激作用于细胞,BMF从胞浆转移至线粒体,触发线粒体凋亡途径,造成细胞损伤.BMF的促凋亡作用受到转录、翻译和翻译后修饰的调控,过表达或者转录上调的BMF主要定位于线粒体,诱导细胞凋亡.由此可见,BMF具有强大的促凋亡功能.     

凋亡诱导因子(AIF)对细胞凋亡的调控

凋亡诱导因子（apoptosis-inducing factor,AIF）是一种具有凋亡诱导活性的蛋白质,定位于线粒体的膜间隙.细胞受到凋亡刺激时,AIF分子从线粒体释放到胞质,然后再易位到核,与染色体DNA结合,使染色体核周边凝集和DNA断裂成约50kb的大片段.AIF具有凋亡诱导活性和氧化还原酶活性,但二者的作用是脱偶联的.AIF是第一个被鉴定出可以不依赖于胱天蛋白酶（caspase）信号通路而直接介导细胞发生凋亡的分子,但后来也有的报道认为AIF的凋亡活性需依赖于胱天蛋白酶.     

喜树碱诱导甜菜夜蛾细胞凋亡线粒体途径的MPTP依赖性

【目的】线粒体通透性转换孔(MPTP)的开放可以导致线粒体膜通透性改变,与细胞凋亡关系密切。本研究旨在探索MPTP在喜树碱诱导的昆虫细胞凋亡中的作用,以进一步揭示喜树碱(CPT)诱导昆虫细胞凋亡的机制。【方法】环孢菌素A(CsA)为MPTP开放抑制剂,通过预加入20μmol/L CsA,应用流式细胞仪测定其对CPT和羟基喜树碱(HCPT)诱导的甜菜夜蛾Spodoptera exigua细胞(IOZCAS-SPEX-Ⅱ)凋亡作用的影响,包括细胞内Ca~(2+)浓度变化,线粒体膜电位变化以及活性氧簇(ROS)变化,从而分析MPTP在CPT和HCPT诱导细胞凋亡的作用。【结果】结果显示,10μmol/LCPT和HCPT处理IOZCAS-SPEX-Ⅱ细胞6 h和12 h时,与0.1%DMSO对照组相比,甜菜夜蛾细胞发生凋亡,胞质Ca~(2+)浓度增大,线粒体膜电位降低或丧失,ROS增加,即CPT和HCPT诱导甜菜夜蛾细胞发生凋亡,为线粒体内途径。但经过20μmol/L CsA预处理2 h后再加入CPT和HCPT处理6 h,与0.1%DMSO组相比,细胞凋亡率、胞质Ca~(2+)浓度、线粒体膜电位及ROS产生均无显著差异(P0.05),即CsA抑制了MPTP的开放,从而抑制了CPT和HCPT诱导的甜菜夜蛾细胞凋亡;而加入CPT和HCPT处理12 h时,CsA对MPTP开放的抑制作用显著降低,与单CPT和HCPT处理组相比,细胞凋亡率、胞质Ca~(2+)浓度、线粒体膜电位及ROS差异不显著,即CPT和HCPT诱导的细胞凋亡如常发生。【结论】本研究证实喜树碱和羟基喜树碱诱导甜菜夜蛾细胞凋亡线粒体途径具有MPTP开放依赖性,且首次明确这种依赖性具有时间性。     

凋亡诱导因子与细胞凋亡

凋亡诱导因子 (apoptosisinducefactor,AIF)是定位于线粒体膜间隙中的一种氧化还原酶 ,含有线粒体定位信号和核定位信号序列 ,具有很强的促凋亡活性 ,在类胚体成腔和胚胎早期分化过程中具有重要作用。在死亡信号或细胞胁迫的刺激下 ,线粒体通透性转变孔开放 ,释放AIF及细胞色素c至细胞质溶质中 ,具有核定位信号序列的AIF便进入细胞核内 ,引起染色质的初步凝集和DNA大规模断片化 (约 5 0kb) ,进而引发不依赖于胱冬肽酶的细胞凋亡途径 ;线粒体膜间隙释放出来的细胞色素c则可引起染色质的进一步凝集和DNA的寡核小体断片化 ,从而引发依赖于胱冬肽酶的细胞凋亡途径 ;与此同时 ,从线粒体膜间隙释放出来的AIF又可反馈放大线粒体通透性转变孔的渗透性 ,引起AIF与细胞色素c的进一步释放从而加快细胞死亡的进程。此外 ,细胞胁迫还可激活由多聚 (ADP 核糖 )聚合酶 1(PARP 1)所引发的细胞凋亡途径 ,通过AIF和细胞色素c引发细胞凋亡。最新研究结果表明 ,AIF同源线粒体关联死亡诱导者 (AIF homologousmitochondria associatedinducerofdeath ,AMID)与p5 3应答基因的编码产物 (p5 3 responsivegene 3,PRG3)均为AIF的同源蛋白质 ,可直接诱导人类细胞的凋亡。线虫的凋亡诱导因子WAH 1所诱导的细胞凋亡途径依赖于胱冬肽酶     

猪丁型冠状病毒诱导的细胞线粒体凋亡

猪丁型冠状病毒(Porcine deltacoronavirus,PDCoV)是一种新型的猪肠道致病性冠状病毒,可引起猪群剧烈腹泻及呕吐,但致病机制尚不清楚。本研究检测了PDCoV感染诱导的细胞凋亡。Caspase酶活性检测显示,在PDCoV感染的细胞中,caspase 3、caspase 8和caspase 9的活性随病毒感染量的增多而显著提高,类似的现象未能在紫外灭活病毒感染的细胞中观察到,表明PDCoV感染可同时激活内源性与外源性细胞凋亡通路,并暗示细胞凋亡的诱导依赖于病毒复制。为深入探究PDCoV诱导的内源性细胞凋亡,分别检测胞浆和线粒体中细胞色素C与凋亡诱导因子。结果显示,与正常细胞相比,PDCoV感染细胞从线粒体释放到胞浆的细胞色素C显著增多,且其释放量随着感染时间的延长而增多,而凋亡诱导因子始终定位于线粒体,提示PDCoV感染通过促使线粒体膜间隙的细胞色素C进入胞浆而启动caspase依赖的线粒体凋亡通路。本研究初步揭示了PDCoV诱导细胞凋亡的机制。     

喜树碱诱导的草地贪夜蛾Sf9细胞凋亡

传统植物源杀虫剂喜树碱具有优异的抑制昆虫生长发育活性, 其诱导昆虫细胞凋亡的作用方式和机制尚不明确, 极大地限制了喜树碱在植物保护领域的应用开发。本研究以1 μmol/L喜树碱诱导草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda Sf9细胞呈现细胞皱缩、微绒毛消失和染色质边集等典型细胞凋亡早期超微结构形态特征, 中期凋亡小体逐渐出现并急剧增多, DNA电泳分析可见清晰DNA片段化凋亡特征。流式细胞术分析表明1 μmol/L喜树碱诱导Sf9细胞12 h凋亡率达到最大值39.67%, 是对照的13.13倍, 随后减小。喜树碱诱导Sf9细胞凋亡在12 h和24 h 时Sf caspase-1分别出现两个活性高峰, 表明其作为效应因子在细胞凋亡级联反应过程中具有影响作用。喜树碱显著抑制Sf9细胞拓扑异构酶Ⅰ活性, 阻断解旋负超螺旋pBR322 DNA, 导致DNA损伤进而启动细胞凋亡级联反应使Sf caspase-1活性增加, 提示其信号转导过程是细胞凋亡诱导机制之一。本研究通过分析喜树碱的诱导昆虫Sf9细胞凋亡, 对揭示喜树碱诱导昆虫细胞凋亡的作用机制具有重要启示和帮助。     

线粒体的生理生化功能概述

线粒体是细胞内重要的细胞器,参与细胞内三羧酸循环、脂肪酸代谢、氧化磷酸化等多项重要的生理和生化过程。就线粒体的结构、功能、研究概况等进行阐述,阐明研究线粒体的意义。     

重构胚中线粒体命运的研究进展

线粒体是哺乳动物细胞中最为重要的细胞器之一,是除细胞核外惟一含有功能性基因组的细胞器,通过氧化磷酸化产生维持细胞正常生理功能的ATP。重构胚中线粒体的命运及线粒体与供体核间的互作关系已越来越成为研究的焦点,综述了同种、异种核移植,ICSI,卵胞质移植及异源线粒体注射后,重构胚中线粒体的命运。     

Mitochondrial translation in absence of local tRNA aminoacylation and methionyl tRNAMet formylation in Apicomplexa

Apicomplexans possess three translationally active compartments: the cytosol, a single tubular mitochondrion, and a vestigial plastid organelle called apicoplast. Mitochondrion and apicoplast are of bacterial evolutionary origin and therefore depend on a bacterial‐like translation machinery. The minimal mitochondrial genome contains only three ORFs, and in Toxoplasma gondii the absence of mitochondrial tRNA genes is compensated for by the import of cytosolic eukaryotic tRNAs. Although all compartments require a complete set of charged tRNAs, the apicomplexan nuclear genomes do not hold sufficient aminoacyl‐tRNA synthetase (aaRSs) genes to be targeted individually to each compartment. This study reveals that aaRSs are either cytosolic, apicoplastic or shared between the two compartments by dual targeting but are absent from the mitochondrion. Consequently, tRNAs are very likely imported in their aminoacylated form. Furthermore, the unexpected absence of tRNA^Met formyltransferase and peptide deformylase implies that the requirement for a specialized formylmethionyl‐tRNA^Met for translation initiation is bypassed in the mitochondrion of Apicomplexa.     

线粒体DNA靶向治疗

线粒体(mitochondrion)是真核生物细胞中的一种非常重要的细胞器,含有独立于细胞核染色体外的遗传物质,通过氧化磷酸化产生ATP,是细胞的能量工厂,与细胞分化、信号转导、代谢稳态等过程密切联系。线粒体功能的紊乱与癌症、神经退行性疾病、糖尿病等许多疾病的发生、发展及治疗息息相关。线粒体在细胞命运中扮演的关键角色,使对线粒体这一特殊细胞器的探索成为生命科学研究热点之一。人线粒体DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)是一相对保守且仅16 kb的环状双链DNA分子,只含37个基因,但这些基因都是维持线粒体功能稳定必不可少的部分。随着对线粒体功能认识的不断深入,研究人员发现mtDNA突变,会导致活性氧自由基过量产生,从而引起细胞衰老,甚至引发诸多疾病,例如遗传性视神经病变、线粒体脑肌病伴高乳酸血症和卒中样发作综合征等。但是,目前针对这些线粒体基因疾病尚无非常有效的治疗手段。为了进一步了解这一关键细胞器,研究人员开发了一些有效的方法来突破线粒体的复杂屏障。本文将重点介绍并讨论近几年靶向mtDNA的研究进展,主要从药物修饰、材料递送、基因编辑等方面进行了总结,希望能为推动线粒体的研究提供一些新的思路。     

蛋白激酶C-δ在细胞凋亡中的作用及其分子机制

蛋白激酶C-δ（protein kinase C-δ, PKC-δ）是细胞内重要的信号转导分子,在动物体内广泛表达,具有多种重要的细胞功能,如细胞增殖、死亡和免疫等,尤其在细胞凋亡中扮演重要的角色。在细胞凋亡过程中,PKC-δ可通过构象变化或天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶-3（caspase-3）剪切等过程被激活。激活的PKC-δ由细胞质向线粒体或细胞核进行转位。被caspase-3切割的PKC-δ,产生具有激酶活性的催化片段（PKC-δ-catalytic fragment, PKC-δ-CF）,作用于下游底物蛋白质,活化促凋亡相关的调控因子,促进细胞凋亡;同时PKC-δ还具有抗凋亡的调控功能。本文对PKC-δ在细胞凋亡中的作用与分子机制及在肿瘤发生与治疗中的作用进行综述,以期为进一步明确PKC-δ在细胞凋亡中的作用机制提供资料。     

神经退行性疾病的早期信号:线粒体功能障碍

线粒体是广泛存在于各种真核细胞中,可以进行独立复制的特殊的细胞器,它既能提供细胞内各种生命活动所需要的能源,也参与多种其他极为重要的生理活动。线粒体呼吸功能的障碍是许多神经退行性疾病发病早期共识的病理现象,探索线粒体在疾病发生过程中的变化,不仅对研究AD等神经退行性疾病的发病机理,对设计和开发创新药物也具有重要的指导意义。本文就线粒体的结构功能及其在神经退行性疾病发病过程中出现功能障碍的证据、诱因和可能的治疗方案作一简要综述。     

HIV-1 viral genes and mitochondrial apoptosis

The mitochondrion is an organelle that regulates various cellular functions including the production of energy and programmed cell death. Aberrant mitochondrial function is often concomitant with various cytopathies and medical disorders. The mitochondrial membrane plays a key role in the induction of cellular apoptosis, and its destabilization, as triggered by both intracellular and extracellular stimuli, results in the release of proapoptotic factors into the cytosol. Not surprisingly, proteins from the human immunodeficiency virus type 1 (HIV) have been implicated in exploiting this organelle to promote the targeted depletion of key immune cells, which assists in viral evasion of the immune system and contributes to the characteristic global immunodeficiency observed during progression of disease. Here we review the mechanisms by which HIV affects the mitochondrion, and suggest that various viral-associated genes may directly regulate apoptotic cell death.     

The role of tobacco smoke induced mitochondrial damage in vascular dysfunction and atherosclerosis

The majority of individuals chronically exposed to tobacco smoke will eventually succumb to cardiovascular disease (CVD). However, despite the major cardiovascular health implications of tobacco smoke exposure, concepts of how such exposure specifically results in cardiovascular cell dysfunction that leads to CVD development are still being explored. Moreover, surprisingly little is known about the effects of prenatal and childhood tobacco smoke exposure on adult CVD development. Herein, it is proposed that the mitochondrion is a central target for environmental oxidants, including tobacco smoke. By virtue of its multiple, essential roles in cell function including energy production, oxidant signaling, apoptosis, immune response, and thermogenesis, damage to the mitochondrion will likely play an important role in the development of multiple common forms of human disease, including CVD. Specifically, this review will discuss the potential role of tobacco smoke and environmental oxidant exposure in the induction of mitochondrial damage which is related to CVD development. Furthermore, mechanisms of how mitochondrial damage can initiate and/or contribute to CVD are discussed, as are experimental results that are consistent with the hypothesis that mitochondrial damage and dysfunction will increase CVD susceptibility. Aspects of both adult and developmental (fetal and childhood) exposure to tobacco smoke on mitochondrial damage, function and disease development are also discussed, including the future implications and direction of studies involving the role of the mitochondrion in influencing disease susceptibility mediated by environmental factors.