携带线粒体tRNA^Met4435A>G突变的原发性高血压 家系的线粒体功能研究

该研究通过构建携带突变的永生化淋巴细胞系,探讨线粒体tRNA^Met4435A>G突变(以下简称为m.4435A>G)对原发性高血压线粒体功能的影响。首先,提取携带m.4435A>G家系中的静脉血中的淋巴细胞,建立为永生化类淋巴细胞并设为突变组,同时选取与家系相同G2a1单体型的正常永生化淋巴细胞为对照组;其次,对两组细胞进行tRNA稳态水平分析、tRNA氨基酰化分析、Western blot分析、ATP水平检测和线粒体膜电位等实验反映细胞线粒体功能状态。tRNA稳态水平结果显示,经tRNA^Lys、tRNA^Leu(UUR)、tRNA^Ala和tRNA^Ser(UCN)标准化后,突变组tRNA^Met平均水平分别为对照组平均水平的57.3%(P=0.012)、62.1%(P=0.006)、53.9%(P=0.021)和50.2%(P=0.037);此外,突变组平均tRNA氨基酰化水平为对照组的70%(P=0.023)。异常的tRNAMet代谢会导致线粒体tRNA编码的多肽减少,根据Western blot结果,突变样本的MT-CO2(以下简称CO2)、ATP6和ND3为对照样本的88.20%、57.43%和53.92%,并具有统计学差异。此外,m.4435A>G突变会造成细胞氧化呼吸链损伤,造成细胞线粒体ATP和膜电位水平的降低。结合ATP水平检测结果,突变组ATP水平平均为对照组的71.5%(P<0.001);并且细胞线粒体膜电位水平显示,突变组平均线粒体膜电位水平相比对照组降低38.5%(P<0.001)。m.4435A>G引起tRNA^Met稳态水平降低,tRNA^Met氨基酰化水平降低,导致线粒体翻译缺陷,ATP水平降低,膜电位水平降低,这表明,m.4435A>G突变影响了tRNA的结构和功能,从而改变了线粒体功能。     

携带线粒体tRNA~(Thr) 15943T>C协同12S rRNA 1555A>G突变的非综合征性耳聋致病机理的初步研究

该研究通过构建携带线粒体tRNA~(Thr )15943TC协同12S rRNA 1555AG突变(双突变组)的永生化淋巴母细胞系,同时建立仅含12S rRNA 1555AG突变(单突变组)和正常对照组永生化淋巴母细胞系,探究线粒体tRNA~(Thr )15943TC协同12S rRNA 1555AG突变与耳聋发病的关系,以了解线粒体突变致聋的分子机制。对该家系的临床资料进行分析的结果表明,当包括使用氨基糖苷类抗生素(aminoglycoside antibiotic,AmAn)的药物性耳聋家系成员时,此家系耳聋外显率为26%;当排除用药的耳聋成员时,此家系耳聋外显率是10%;相比之下,已报道的14个m.1555AG的耳聋家系的平均外显率在用药和未用药的情况下分别仅为13%和6%。利用Northern blot和Western blot分别检测三组细胞中线粒体tRNA和多肽的表达量,结果表明相比于正常对照组,tRNA~(Thr)在双突变组中的表达量显著降低,而在单突变组中的表达量无显著变化,tRNA~(Trp)、tRNA~(Ala) 、tRNA~(Tyr) 、tRNA~(Cys)和tRNA~(Pro)的稳态水平在三组细胞中没有显著性差异;CO2、CO3和A6在双突变组中的表达量显著降低,而在单突变组中的表达量无显著性差异;其他蛋白多肽在三组细胞中的表达量没有显著差异,说明m.15943TC突变降低了tRNA~(Thr)的稳态水平,致使线粒体部分多肽表达水平下降,从而影响了线粒体呼吸链复合体的功能和稳定性进而导致了线粒体代谢障碍,提示线粒体tRNA~(Thr) 15943TC可能与m.1555AG突变引起的耳聋相关。     

线粒体相关的细胞信号分子与心血管疾病

线粒体上与心血管疾病相关的位点突变(mtDNA突变)是心血管疾病发病的分子机制之一。线粒体的代谢与线粒体活性氧簇(mROS)、钙离子、一氧化氮、激素等信号分子相关。这些信号分子的变化,如mROS增加、ATP减少等,影响线粒体及细胞功能,进而引发相关生物应激反应,最终导致心血管相关疾病。现讨论线粒体相关的信号分子参与转录、细胞凋亡与自噬、血管紧张和炎症等活动的过程,并详细介绍线粒体相关的信号分子与心血管疾病(着重介绍高血压和冠心病)之间的关系。     

转线粒体细胞模型

转线粒体细胞模型是由无线粒体DNA(mtDNA)细胞与mtDNA供体通过融合的方法而形成的融合细胞。随着转线粒体技术的发展,制备该细胞模型的方法也多种多样。现今,转线粒体模型的应用十分广泛,不仅可应用于线粒体相关疾病的基础研究,而且在线粒体相关疾病的临床研究中也发挥了重要的作用。融合细胞具有一致的核背景,可以消除核基因的作用,因而有助于判断mtDNA突变的致病作用及机制和线粒体缺陷的致病作用及机制。此外,利用该模型还可作为探讨线粒体相关疾病基因治疗和筛选疾病治疗药物的有效模型。     

携带线粒体tRNA~(Thr)15910C>T突变和12S rRNA 1555A>G突变的非综合征型耳聋家系的线粒体功能研究

该研究旨在探讨一个非综合征型耳聋(nonsyndromic hearing impairment,NSHI)家系中线粒体t RNAThr 15910CT和12S r RNA 1555AG基因突变共同作用对线粒体功能的影响。该研究建立了同时携带线粒体t RNAThr 15910CT和12S r RNA 1555AG基因突变(双突变组)、仅携带12S r RNA 1555AG基因突变(单突变组)和对照组的永生化淋巴细胞,这3组细胞系的线粒体DNA单体型均属于R单体型。对该家系的临床资料进行分析,当包括使用氨基糖苷类抗生素(aminoglycoside antibiotics,Am An)的药物性耳聋家系成员时,此家系耳聋外显率为37.5%;当排除用药的耳聋成员时,耳聋外显率是25.0%;相比之下,在用药和未用药的情况下,已报道的14个m.1555AG的耳聋家系的平均外显率只有12.8%和6.1%。通过对双突变组、单突变组和对照组永生化细胞系的线粒体功能进行研究,结果发现与对照组相比,双突变和单突变组细胞系的ROS水平分别上升了19.08%(P=0.005 4)和9.05%(P=0.003 7);ΔΨm水平分别下降了47.78%(P=0.006 3)和35.39%(P=0.0245);复合体II活力分别下降了8.26%(P=0.721 1)和19.48%(P=0.004 9),复合体IV活力分别下降了32.75%(P=0.033 5)和27.44%(P=0.180 5)。m.1555AG与m.15910CT共同作用,导致ROS生成量升高,ΔΨm水平下降以及线粒体呼吸链复合体IV活力降低等线粒体功能缺陷,提示m.15910CT可能是m.1555AG导致耳聋的继发性突变。     

溴化乙锭诱导无线粒体DNA宫颈癌HeLa细胞系的构建和鉴定

[目的]构建和鉴定由溴化乙锭(EB)诱导的无线粒体DNA(mtDNA)宫颈癌ρ~0HeLa细胞系,探讨mtDNA与宫颈癌发生的关系。[方法]采用含50ng/ml溴化乙锭、100μg/ml丙酮酸钠和50μg/ml尿嘧啶核苷的高糖DMEM完全培养基中传代培养HeLa细胞。低剂量EB连续诱导60d后,采用营养缺陷鉴定、PCR和WesternBlot鉴定无mtDNA的ρ~0HeLa细胞系;采用透射电子显微镜观察ρ~0HeLa细胞内线粒体形态变化;采用CCK8法测定ρ~0HeLa细胞增殖曲线。[结果]经溴化乙锭诱导60d,可以培养出具有尿嘧啶核苷依赖性的无mtDNA宫颈癌HeLa细胞系。普通PCR和qPCR结果均显示,低剂量EB诱导60d的ρ~0HeLa细胞中mtDNA完全缺失。WesternBlot结果显示,HeLa细胞中能表达核编码的NDUFA9蛋白,也能表达线粒体编码MT-ND1蛋白。而ρ~0HeLa细胞中已无MT-ND1蛋白表达,但核编码的NDUFA9蛋白能够正常表达。透射电子显微镜观察显示,ρ~0HeLa细胞内部分出现空泡改变,线粒体嵴被破坏。CCK8细胞增殖实验结果显示,ρ~0HeLa细胞系生长速度显著低于正常HeLa细胞系,且差异有统计学意义(P<0.05)。[结论]无mtDNA的宫颈癌HeLa细胞系的建立,为后续研究mtDNA突变和线粒体功能在宫颈癌发生发展中的作用及机制奠定了基础。     

人线粒体tRNA修饰碱基与遗传性脑肌病

人的多种遗传疾病与线粒体tRNA基因突变有关,这些突变导致疾病发生的分子机理是当前研究的热点.通过研究线粒体tRNA分子上的碱基修饰情况,人们发现了一类特殊的带有牛磺酸衍生物基团的修饰,这类修饰主要位于线粒体tRNALys和线粒体tRNALeu(UUR)反密码子第一位摆动(wobble)位点的碱基上.最近的研究表明,位于这两种线粒体tRNA基因上的多种突变与遗传性脑肌病相关,包括A8344G,A3243G,T3271C等等,它们可以导致tRNA上相应摆动位点的碱基修饰缺失.无论是在体外培养的带有相应突变的细胞内,还是在来源于脑肌病病人的组织中,科学家都发现了相同的线粒体tRNA碱基修饰缺陷.通过分子手术证实,此类碱基修饰对于维持这两种tRNA的反密码子与mRNA上相应密码子的相互识别至关重要,缺失了这种修饰的tRNA将无法识别一些对应的密码子.通过进一步的实验,人们还鉴定出负责催化此类碱基修饰的酶.这些研究不但揭示了线粒体遗传性脑肌病相关突变的致病机理,也将为研究基因治疗提供可能的新手段.     

NIH3T3-CD40L稳定细胞系构建及在EBV转化B淋巴细胞中的应用

通过脂质体法转染p CMV6-CD40L重组质粒和G418阳性克隆筛选,构建了稳定表达CD40L的NIH3T3细胞系,在RNA和蛋白质水平进行了功能鉴定,对其作为饲养细胞在体外B淋巴母细胞系(B lymphoblastoid cell lines,B-LCLs)培养和在EBV转化B细胞中的作用进行了实验验证。结果表明,NIH3T3-CD40L细胞系不仅可以提高体外低密度B-LCLs存活率,而且可以降低成功建立B-LCLs所需的细胞密度,促进其增殖。该细胞系的成功构建,进一步确证了NIH3T3-CD40L作为饲养细胞可以促进体外低密度B-LCLs的增殖及提高EBV转化B淋巴细胞的效率,优化了体外B细胞培养及EBV转化B淋巴细胞的流程,也为单克隆抗体的制备奠定了基础。     

线粒体基因突变与糖尿病的相关性研究进展

线粒体DNA(mtDNA)突变可引起多种遗传性疾病,其中包括糖尿病.与mtDNA突变相关的糖尿病中最常见的变异是tRNALeu(UUR)] 3243 A→G.文章描述了mtDNA线粒体突变与糖尿病的相关性,介绍了线粒体糖尿病的临床特点和发病机制,概括了线粒体糖尿病相关变异基因位点,重点介绍了m.3243A→G、3310C→T、16189T→C基因突变与线粒体糖尿病病理生理的联系.文章认为mtDNA突变位点的研究为糖尿病的发生机制提供新的视角,也为糖尿病的治疗提供了新方向.     

线粒体DNA的异质性与检测方法

线粒体DNA的异质性在生物学、医学、法医、生物技术等领域有重要的应用。本文从自然发生(包括体细胞突变、父系渗入和杂交)和人工产生(包括转基因、细胞融合、核移植和转线粒体)两大方面系统地介绍了线粒体DNA异质性的产生机制及其遗传。并介绍了线粒体DNA异质性的检测方法,已知突变位点mtDNA异质性的检测方法有原位PCR技术、PCR-RFLP和实时荧光定量PCR技术,未知突变位点mtDNA异质性的检测方法有长PCR技术、时相温度梯度凝胶电泳(TTGE)和变性高效液相色谱(DHPLC)等。最后对克隆生物中线粒体异质性检测的应用实例作了介绍。     

端粒酶线粒体转位

端粒酶是一种逆转录酶,主要存在于细胞核,其主要功能是维持端粒长度,有助于细胞永生化。现已发现,氧化应激可以改变端粒酶活性,促使端粒酶从细胞核转位到线粒体,因而不能继续维持端粒长度,使细胞端粒缩短。端粒酶线粒体转位的非依赖端粒功能包括改善线粒体功能、减少细胞氧化应激、拮抗细胞凋亡。     

东方田鼠胚胎成纤维细胞永生化细胞系的建立

目的建立东方田鼠胚胎成纤维永生化细胞系,为全面研究东方田鼠抗日本血吸虫机制以及开展不同动物成纤维细胞间比较研究奠定基础和提供细胞实验材料。方法运用脂质体介导的基因转染法将pSV3neo质粒导入第3代东方田鼠胚胎成纤维细胞,经G418筛选抗性克隆并扩大培养,建立永生化细胞系;用PCR检测细胞株中SV40T基因的整合,RT-PCR鉴定SV40T基因在转染细胞中的表达;绘制东方田鼠胚胎成纤维永生化细胞生长曲线。结果阳性细胞克隆已扩大培养并稳定传代50代,经鉴定SV40T抗原已整合到东方田鼠胚胎成纤维细胞中且稳定表达。结论成功建立东方田鼠胚胎成纤维永生化细胞系。     

利用TALEN技术建立恒河猴TRIM5α基因突变细胞株

利用TALEN技术建立恒河猴TRIM5α基因突变细胞株,为进一步研究TRIM5α基因的功能奠定基础。构建针对TRIM5α打靶基因的TALEN,通过点突变的方法获得包含TRIM5α第7个外显子中打靶位点1 211-1 224的基因序列并构建点突变donor载体。将打靶TRIM5α基因的TALEN质粒和donor质粒电转入恒河猴肾细胞(LLC-MK2)中,无限稀释法获得单克隆细胞系,通过抽提基因组DNA,再利用PCR技术扩增目标序列并测序筛选出TRIM5α碱基缺失(1 215-1 216)和点突变(1 213-1 215,1 217)的细胞系。通过共转TALEN质粒和点突变的donor质粒筛选获得了TRIM5α基因敲除和TRIM5α基因点突变的LLC-MK2细胞系。     

线粒体自噬的研究进展

线粒体自噬(mitophagy)是指细胞通过自噬机制选择性清除多余或损伤线粒体的过程,对于线粒体质量控制以及细胞生存具有重要作用。在线粒体自噬的过程中,线粒体自噬受体FUNDCl、Nix、BNIP3,接头蛋白OPTN、NDP52以及去泛素化酶UPS30、UPS8等发挥了重要的调控作用。近年来,研究发现线粒体自噬与神经退行性疾病、脑损伤以及胶质瘤相关。因此,研究线粒体自噬的分子机制具有重要意义。本文就与哺乳动物相关的线粒体自噬分子机制及最新研究进展做一综述。     

高血压相关的线粒体DNA突变

线粒体DNA(mtDNA)突变是高血压发病的分子机制之一。已经报道的与原发性高血压相关的mtDNA突变包括:tRNAMet A4435G,tRNAMet/tRNAGln A4401G,tRNAIle A4263G,T4291C和A4295G突变。这些高血压相关的mtDNA突变改变了相应的线粒体tRNA的结构,导致线粒体tRNA的代谢障碍。而线粒体tRNAs的代谢缺陷则影响蛋白质合成,造成氧化磷酸化缺陷,降低ATP的合成,增加活性氧的产生。因此,线粒体的功能缺陷可能在高血压的发生发展中起一定的作用。mtDNA突变发病的组织特异性则可能与线粒体tRNAs的代谢以及核修饰基因相关。目前发现的这些高血压相关的mtDNA突变则应该作为今后高血压诊断的遗传风险因子。高血压相关的线粒体功能缺陷的深入研究也将进一步诠释母系遗传高血压的分子致病机制,为高血压的预防、控制和治疗提供依据。文章对高血压相关的mtDNA突变进行了综述。     

原发性扩张型心肌病的线粒体tRNA基因突变分析

为寻找原发性扩张型心肌病病例是否存在已知以及未知的线粒体tRNA致病性突变,以探讨扩张型心肌病可能的发病原因。收集2例原发性扩张型心肌病患者和10例正常对照尸检心肌组织石蜡标本,针对22种线粒体tRNA基因分别设计一对引物,PCR扩增后并测序分析线粒体tRNA基因突变情况。结果在对照样本中未检测到线粒体tRNA变异位点,在1例患者中检测到了tRNA~(Val)基因G1664A变异,Mitomap已有报道为多态性位点;于另1例患者中检测到tRNA~(Met)T4454C变异,有文章报道该位点与线粒体功能障碍有关,Mitomap报道为多态性位点。本研究中2例病例中未检测到线粒体tRNA致病性突变位点,可能与病例个体的心衰程度有关,有必要扩大样本量深入研究线粒体tRNA以及mt DNA其他基因突变与原发性扩张型心肌病之间的关系,以寻找可能的致病突变位点、易感的多态性位点或者单倍体群,为认识原发性扩张型心肌病的发病机制进一步提供理论基础和依据。     

携带线粒体CO1/tRNA~(Ser(UCN))7444G>A突变和12S rRNA 1555A>G突变的非综合征性耳聋家系的线粒体功能研究

该研究通过构建携带突变的血小板融合细胞系,探讨12S r RNA 1555AG和CO1/t RNA~(Ser(UCN))7444GA突变对线粒体功能的影响。首先,采集携带12S r RNA 1555AG和CO1/t RNA~(Ser(UCN))7444GA双突变、单突变及正常对照组患者外周血,构建血小板融合细胞系。其次,对构建成功的血小板融合细胞系进行一系列功能研究,包括细胞内活性氧类(ROS)生成量、线粒体膜电位水平、蛋白质水平和t RNA稳态水平的分析。通过对各组血小板融合细胞系的线粒体功能的研究,结果与对照组相比发现,细胞内ROS生成量显示,仅携带m.1555AG单突变组细胞ROS上升66.54%,仅携带m.7444GA单突变组细胞ROS上升83.09%,而同时携带m.1555AG和m.7444GA双突变组细胞ROS上升131.08%;线粒体膜电位水平显示,m.1555AG单突变组的ΔΨm水平下降32.86%,m.7444GA单突变组的ΔΨ水平下降0.66%,m.1555AG和m.7444GA双突变组的ΔΨm水平下降29.86%;Western blot结果显示,各突变样本的CO1、CO2均有不同程度的下降,仅携带m.1555AG单突变组中ND4、ND5和ND6差异不明显,而仅携带m.7444GA单突变组和m.1555AG和m.7444GA双突变组中ND4、ND5和ND6均有不同程度的下降;Northern blot结果显示,m.7444GA对t RNA~(Ser(UCN))稳态水平的改变并不是很明显。提示CO1/t RNA~(Ser(UCN))7444GA突变可能只是12S r RNA 1555AG突变的病理效应的修饰因子,但在耳聋的发生过程中,还是12S r RNA 1555AG突变起主导作用。     

线粒体自噬的研究进展

线粒体自噬（mitophagy）是指细胞通过自噬的机制选择性地清除线粒体的过程。选择性清除受损伤或功能不完整的线粒体对于整个线粒体网络的功能完整性和细胞生存来说十分关键。线粒体自噬的异常和很多疾病密切相关,因此对于线粒体自噬的具体分子机制以及生理意义研究有很重要的生物学意义。线粒体自噬的研究是目前生物学领域的研究热点,该文主要综述了近年来在线粒体自噬领域取得的研究进展,旨在为相关领域的研究提供参考。     

针对线粒体复合体Ⅰ基因突变的Leigh综合征细胞模型的基因治疗研究

该研究旨在探讨转导酵母NDI1基因对线粒体ND1基因突变的Leigh综合征细胞模型的恢复效果,从而为线粒体复合体I基因突变所致Leigh综合征的基因治疗提供研究基础。已知线粒体复合体Ⅰ的ND1基因的m.3697G>A突变是Leigh综合征的致病突变之一。该研究采用已构建的携带该ND1基因突变的胞质杂合细胞作为线粒体复合体I基因突变的Leigh综合征细胞模型,将酵母NDI1基因的重组慢病毒转导至该细胞模型中表达NDI1蛋白(即酵母复合体I),检测NDI1蛋白对线粒体复合体I各方面功能的恢复效果。酵母NDI1基因转导该细胞模型后能高效表达并定位于线粒体。转导酵母NDI1基因可以恢复复合体I酶活性(外源酵母复合体Ⅰ的补偿)、线粒体有关的氧耗水平、线粒体偶联效率、线粒体有关的ATP水平,并且可以降低线粒体氧化应激水平、线粒体自噬水平。在线粒体复合体Ⅰ基因突变的Leigh综合征细胞模型中,酵母复合体Ⅰ可以替代性补偿线粒体的氧化磷酸化功能,并且可以缓解线粒体的氧化应激和自噬状态。该研究结果可以为线粒体复合体Ⅰ基因突变所致Leigh综合征的基因治疗提供研究基础。     

基于CRISPR/Cas9系统构建TIA1基因突变的人诱导多能干细胞系

利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建TIA1-P362L突变的人诱导多能干细胞(iPSCs)系,并使其分化为运动神经元,为研究TIA1突变导致肌萎缩侧索硬化症(ALS)的分子机制及药物筛选提供细胞模型。利用CRISPR在线工具设计sgRNA,将其构建到pX330载体中,扩增左右同源臂并将其构建到供体载体中,接着对该供体载体的靶位点进行突变以获得同源重组的Donor质粒。将sgRNA和Donor质粒同时电转到野生型iPSCs系C11中,经G418抗性筛选获得单克隆,利用PCR和Sanger测序鉴定基因型,采用Western blot鉴定TIA1蛋白表达情况,并用核型分析、免疫荧光染色、定量反转录PCR及拟胚体(EBs)三胚层分化对TIA1-P362L突变的iPSCs系进行多能性鉴定,通过抑制SMAD信号通路诱导iPSCs分化为运动神经元并用特异性抗体验证。该研究成功建立具有TIA1-P362L突变的iPSCs系,该细胞系正常表达TIA1蛋白,具有多能性且能成功分化为运动神经元,对阐明TIA1在ALS疾病中的作用具有重要意义。