常见结直肠癌无线粒体DNA细胞株的建立

目的:流行病学研究表明结直肠癌细胞线粒体DNA(mt DNA)拷贝数变异与患者预后具有显著相关性,但因缺乏相关体外细胞模型导致其细胞生物学效应及具体分子机制尚不明确。因此研究建立结直肠癌ρ0细胞株(无mt DNA)的方对该研究域具有重大意义。方法:在含有丙酮酸、尿苷及不同浓度溴化乙锭的培养基中培养大肠癌细胞株SW480、HCT 116、HCT-8,以不加溴化乙锭的细胞为对照,利用实时定量PCR技术监测不同处理组mt DNA拷贝数的变化,并观察结直肠癌ρ0细胞线粒体形态数目及细胞形态的变化。结果:SW480细胞用50 ng/m L EB处理25代后,再以100 ng/m L EB处理14代可成功构建SW480ρ0细胞株;HCT116细胞加用EB 100 ng/m L培养32代,继续用EB 200 ng/m L培养10代,再用EB 500 ng/m L培养3代,可成功获得HCT116ρ0细胞株;HCT-8细胞用200 ng/m L EB培养24代,可成功获得HCT-8ρ0细胞株。同时,ρ0细胞较亲本细胞变大变长,其线粒体的个数增多,线粒体形态变大变长。结论:利用EB处理法可成功构建大肠癌ρ0细胞株,但不同肠癌细胞方法不尽相同。mt DNA拷贝数的降低可显著影响大肠癌细胞的形态。     

线粒体DNA单体型M8a对转线粒体细胞线粒体能量代谢的影响

为了观察线粒体DNA(mitochondrial DNA,mt DNA)单体型M8a对细胞线粒体能量代谢的影响,该研究利用聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)介导血小板–细胞融合技术,构建mt DNA单体型M8a和G2a转线粒体细胞(transmitochondrial cytoplasmic hybrid cell,cybrid)模型。后续运用Real-time PCR检测细胞mt DNA拷贝数和RNA转录水平,多功能酶标仪检测细胞活性氧类(reactive oxygen species,ROS)水平和线粒体膜电位(mitochondrial membrane potential,MMP),线粒体呼吸测定仪检测细胞内源性氧呼吸(oxygen consumption,OC)情况。结果表明,与G2a细胞相比,M8a细胞mt DNA拷贝数和线粒体轻链(L链)转录水平明显降低(P0.01),细胞基础耗氧量、ATP合成耗氧量、最大氧呼吸能力和MMP显著下降(P0.05),细胞ROS水平显著上升(P0.05)。mt DNA单体型M8a细胞的线粒体呼吸功能受损,可能增加了该单体型人群罹患2型糖尿病的风险。     

人类多种疾病中mtDNA拷贝数的变化

线粒体是细胞能量和自由基代谢中心,在细胞生命活动中发挥着重要作用,而mt DNA拷贝数是决定线粒体功能的重要因素。由于mt DNA缺乏组蛋白的保护和损伤修复系统,又暴露在氧化磷酸化产生的高氧环境中,易受损引起拷贝数变化,从而影响线粒体的功能。大量研究表明,多种疾病的发生发展与mt DNA拷贝数变化密切相关。该文综述了癌症、神经退行性疾病、心脑血管疾病、精神疾病等各种疾病中mt DNA拷贝数的变化情况,以期从中发现疾病相关mt DNA拷贝数的变化规律和调控机制。     

肝癌患者单个核细胞线粒体DNA拷贝数与抗氧化能力的变化

目的:探讨肝癌患者单个核细胞(PBMC)线粒体DNA(mt DNA)拷贝数的变化及其与机体抗氧化能力的关系。方法:用Ficoll Hypaque离心法分离外周血单个核细胞(PBMC),采用实时荧光定量PCR反应,检测线粒体NADH脱氢酶亚基1(ND1)基因的拷贝数,并以核基因组的β-actin作为内参基因,比较25例肝癌患者与30例健康人外周血单个核细胞中mt DNA拷贝数的差异。流式细胞术检测单个核细胞活性氧(ROS)含量的变化。生化检测法检测血浆中总抗氧化能力(T-AOC)的变化。结果:肝癌组外周血单个核细胞ND1基因拷贝数是健康对照组的73%,表明肝癌患者外周血单个核细胞mt DNA拷贝数明显下降。肝癌组单个核细胞活性氧含量的平均荧光强度为(417.82±110.62),健康对照组为(301.82±75.54),肝癌组单个核细胞活性氧含量显著高于健康对照组(P0.01)。肝癌组血浆总抗氧化能力(单位/毫升血浆)吸光度为(1.30±0.85),健康对照组为(3.20±1.62),肝癌组血浆总抗氧化能力显著低于健康对照组(P0.01)。结论:肝癌患者的外周血单个核细胞线粒体DNA拷贝数减少可能与机体抗氧化水平下降有关。     

mtDNA单倍型D4和B4a细胞线粒体功能及其影响衰老发生的机制研究

该文初步分析了两个与衰老发生抑制及促进的线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)单倍型D4和B4a细胞的线粒体功能情况,并对其影响衰老的可能机制进行了探究。通过细胞融合构建两个核背景一致但mtDNA单倍型分别是D4和B4a的胞质杂合细胞。应用RT-PCR方法检测细胞mt DNA拷贝数以及线粒体基因的mRNA水平,氧电极法和非变性梯度聚丙烯酰胺凝胶电泳(blue native polyacrylamide gelelectrophoresis,BN-PAGE)技术检测细胞线粒体氧化呼吸能力及线粒体复合体水平,TMRM染料和DCFH-DA染料法检测细胞线粒体膜电位和活性氧(reactive oxygen species,ROS)生成水平。结果显示,D4单倍型细胞线粒体氧呼吸能力、膜电位水平以及线粒体基因(mt-ND1、mt-7S RNA)转录水平均明显高于B4a单倍型细胞,而ROS生成水平明显降低,mt DNA拷贝数则并无明显差异。该结果表明,在D4单倍型细胞中,通过提高某些线粒体基因的表达,使得线粒体呼吸复合体表达得到提升,继而提高线粒体氧化呼吸功能,降低细胞氧化损伤,从而延缓衰老的发生。     

与衰老相关的线粒体功能严重缺陷的胞质杂合细胞的分子特征

该研究组先前建立了含有不同年龄组小鼠神经细胞线粒体的胞质杂合细胞株(其细胞核基因组背景相同),发现老年组较年轻组的胞质杂合细胞线粒体总体功能显著降低。为了研究与衰老相关的线粒体功能严重缺陷的胞质杂合细胞的分子特征,该研究采用3个线粒体总体功能极其低下的老年组胞质杂合细胞株(1个正常功能年轻组胞质杂合细胞株作为对照)作为研究对象。首先,证实氧耗水平和ATP合成显著降低(P0.05或P0.01)。然后,对线粒体DNA(mitochondrial DNA,mt DNA)进行了高通量测序,特别是检出突变型比例低的mt DNA异质性突变,并进一步对呼吸链复合体依赖性氧耗进行了检测。测序结果显示,在老年组胞质杂合细胞中mt DNA点突变明显积累。这些突变包括非编码区的3个变异,据DNA保守性分析结果,其中2个(异质性m.15849GT、m.16289AT)可能为有害的;编码区的4个变异,据DNA和氨基酸保守性分析及蛋白质功能预测结果,其中2个(ND5基因的同质性m.12496TC、Cyt b基因的异质性m.15199AT)可能为有害的。进一步研究结果显示,同时具有复合体I亚基ND5(或复合体III亚基Cyt b)突变和2个调控区突变的胞质杂合细胞,其复合体I(或复合体III)依赖性呼吸显著降低(P0.05或P0.01)。综上,发生于老年组胞质杂合细胞的线粒体总体功能异常,其原因可能为,mt DNA调控区和编码区的异质性和同质性突变,以及多重mt DNA突变的累加引起线粒体呼吸链复合体功能的缺陷,进而导致线粒体总体功能异常,从而促进衰老。     

人类线粒体tRNA生物合成与线粒体疾病

线粒体是普遍存在于真核细胞中的一类细胞器.每个线粒体含有多个拷贝的闭合环状双链DNA. 人类线粒体DNA (mitochondrial DNA, mtDNA)共编码22种线粒体tRNA(mitochondrial tRNA,mt tRNA), 2种rRNA 及13种多肽.mt tRNA独特的结构特点决定了它们与具有典型三叶草结构的细胞质 tRNA不同.编码mt tRNA的基因突变频率较高,这可能是引起线粒体功能障碍的主要原因之一. 同时 ,这与很多病理现象相关.目前发现,大量与mt tRNA生物代谢和功能相关的核因子包括加工内切酶、 tRNA修饰酶和氨酰-tRNA合成酶.这些核因子的异常导致了疾病相关的tRNA致病突变.由此可见mt tRNA功能对于线粒体活性的重要性.     

mtDNA拷贝数的生物学意义及其调控

线粒体是细胞能量和自由基代谢中心,并在细胞凋亡、钙调控、细胞周期和信号转导中发挥重要作用,维持线粒体功能正常对于细胞正常行使职能意义重大。线粒体的功能与线粒体DNA（mitochondrial DNA,mtDNA）的数量和质量紧密相关,mtDNA的数量即mtDNA拷贝数又受到mtDNA质量的影响,因此mtDNA拷贝数可作为线粒体功能的重要表征。mtDNA拷贝数变异引起线粒体功能紊乱,进而导致疾病发生。本文综述了mtDNA拷贝数变异与神经退行性疾病、心血管疾病、肿瘤等疾病的发生发展和个体衰老之间的关系,以及mtDNA复制转录相关因子、氧化应激、细胞自噬等因素介导mtDNA拷贝数变异的调控机制。以期为进一步深入探究mtDNA拷贝数调控的分子机制,以及未来治疗神经退行性疾病、肿瘤及延缓衰老等提供一定的理论基础。     

靶向核酸酶在线粒体基因组编辑中的应用

线粒体基因组(mt DNA)的突变可导致多种人类疾病,其中绝大多数的mt DNA突变是异质性的:即在细胞中同时存在突变型和野生型的mt DNA,当突变型mt DNA的比例达到一定阈值时,就会引发疾病的发生。线粒体靶向的核酸内切酶可以诱导mt DNA异质性的改变,将突变型mt DNA的含量控制在发病阈值之下,从而达到疾病治疗的目的。本研究介绍了线粒体靶向的锌指核酸酶(ZFN)、类转录激活样效应因子核酸酶(TALEN)、规律成簇间隔短回文重复序列(CRISPR/Cas)以及常规的限制性核酸内切酶(restriction endonuclease,RE)在线粒体基因组编辑及疾病治疗中的应用。     

线粒体单体型与线粒体相关的人类疾病

线粒体是一种拥有自身遗传体系的半自主细胞器,它的遗传物质线粒体DNA(mitochondrial DNA,mt DNA)随着人类的迁移、隔离、进化而形成了广泛的线粒体基因组多态性,同一祖先所具有的一些相同mt DNA SNP位点的集合称为线粒体单体型.不同的线粒体单体型会在一定程度上影响线粒体功能,从而影响整个细胞的生长,并在某些情况下导致一些个体的病变,例如Leber遗传性视神经病变、母系遗传性耳聋、Ⅱ型糖尿病、帕金森以及各种癌症等复杂疾病.本文列举总结了几种线粒体相关疾病及其与线粒体单体型如A、B、D、F、G、H、J、K、M、N、T、U、Y及一些有特点的多态位点如G11778A、A1555G、T3394C、G10398A等的相关性.     

线粒体DNA拷贝量降低诱发人支气管上皮细胞钙信号失调

采用溴化乙锭（EtBr）诱导线粒体DNA（mitochondrial DNA,mtDNA）拷贝量降低的人支气管上皮细胞株（ρ-HBE）;Real—timePCR与共聚焦成像表明,经EtBr诱导60d并挑取的单克隆细胞株,其mtDNA拷贝量下降为正常细胞的24％,成功构建了ρ-HBE。与母本细胞相比,ρ-HBE群体倍增时间延长,生长速度减慢。流式细胞术检测细胞线粒体膜电位（△ψm）下降,以Fura-2标记胞浆内游离钙,ρ-HBE[Ca2＋]i升高;线粒体解耦联剂FccP刺激细胞后,激光共聚焦扫描显微镜动态监测单个活细胞[Ca2＋]i变化,发现[ca2＋]i水平波动幅度小。提示mtDNA拷贝数降低可导致细胞内钙信号调节紊乱。     

血管紧张素-II（Ang-II）处理后的人脐带MSCs上清液对HUVEC 凋亡增殖的影响

目的:体外观察100 ng/m L血管紧张素-Ⅱ(Angiotensin-Ⅱ,Ang-Ⅱ)处理后的人脐带间充质干细胞(human umbilical cord MSCs,h UCMSCs)上清液对损伤的人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelia cells,HUVEC)增殖、凋亡的影响。方法:CCK8法检测HUVEC增殖情况;倒置显微镜下观察HUVEC形态;吖啶橙/溴化乙锭染色法(acridineorange/ethidium bromide,AO-EB)、Hoechst检测HUVEC凋亡情况。结果:CCK8实验结果显示,加入100 ng/m L Ang-Ⅱ处理后的h UCMSCs上清液组HUVEC增殖速度在各时间点显著快于其他两组。倒置显微镜下观察细胞的形态:加入100 ng/m L Ang-Ⅱ处理后的h UCMSCs上清液组HUVEC的形态最佳且凋亡数最少。用各组细胞上清液对HUVEC培养24 h、48 h、72 h后,AO-EB、Hoechst染色结果显示:加入100 ng/m L Ang-Ⅱ处理后的h UCMSCs上清液组,在各个时间点HUVEC出现凋亡细胞或死亡细胞的数最少。结论:100ng/m L Ang-Ⅱ预处理后的h UCMSCs上清液可以促进HUVEC增殖、抑制HUVEC凋亡。     

金鱼草中央细胞中线粒体DNA拷贝数的定量

为探究金鱼草(Antirrhinum majus)中央细胞的线粒体DNA拷贝数,采用竞争型定量PCR技术进行了测定。结果表明,金鱼草中央细胞的体积为(61570±732)μm~3,平均携带(783±25)个拷贝的线粒体DNA,并且中央细胞与卵细胞具有相似的体积/线粒体DNA拷贝数比值。推测金鱼草中央细胞包含如此高丰度线粒体DNA可能是为早期胚乳细胞的发育而储备的。     

三氧化二砷通过线粒体途径诱导人白血病HL-60细胞凋亡

目的:研究三氧化二砷(Arsenic trioxide,ATO)对人白血病HL-60细胞凋亡的影响,并以线粒体通路为靶点探讨其可能的机制。方法:采用1μg/m L、5μg/m L及10μg/m LATO处理HL-60细胞24小时后,采用流式细胞术检测细胞凋亡情况,通过细胞内MDA与GSH含量检测反映氧化应激水平,采用免疫印迹法检测凋亡相关分子表达,并通过免疫荧光染色检测细胞线粒体膜电位(mitochondrial membrane potential,MMP)水平。结果:5μg/m L及10μg/m L ATO可显著诱导人白血病HL-60细胞凋亡,并显著增加其氧化应激水平,增加促凋亡分子Bax和Caspase-3的表达,而抑制抗凋亡分子Bcl-2的表达,降低HL-60细胞线粒体膜电位的水平。结论:一定剂量的ATO可诱导人白血病HL-60细胞凋亡,而这一作用可能是通过诱导线粒体相关性凋亡信号通路激活实现。     

肿瘤坏死因子样弱凋亡诱导因子对人肝星状细胞生物学行为的影响

目的:观察肿瘤坏死因子样弱凋亡诱导因子(TWEAK)对人肝星状细胞(HSCs)株LX-2增殖、细胞周期、细胞凋亡、迁移及粘附能力的影响。方法:用不同浓度TWEAK培养LX-2细胞24或48 h,采用CCK-8法检测TWEAK对LX-2细胞增殖的影响,流式细胞术检测TWEAK对LX-2细胞周期和凋亡的影响,Transwell小室检测TWEAK对LX-2细胞迁移能力的影响,Matrigel基质胶检测TWEAK对LX-2细胞的粘附能力的影响。结果:与对照组相比,40 ng/m L和100 ng/m L TWEAK都能使LX-2细胞的迁移能力增强(P0.05),且100 ng/m L较40 ng/m L作用更强(P0.01);100 ng/m L TWEAK能够明显抑制LX-2细胞的粘附能力(P0.0001);40 ng/m L、100 ng/m L TWEAK对LX-2细胞的增殖、周期及凋亡无明显影响(P0.05)。结论:TWEAK能够增强LX-2细胞迁移能力,抑制其粘附能力。     

氢化可的松对奶牛乳腺上皮细胞乳脂肪合成的影响

该研究旨在探讨不同浓度的氢化可的松处理对奶牛乳腺上皮细胞(bovine mammary gland epithelial cells,BMECs)增殖、甘油三酯(triglyceride,TAG)合成、脂滴的形成以及乳脂肪合成相关基因表达的影响。采用单因子随机实验设计,以不添加氢化可的松组为对照组,处理组的氢化可的松浓度分别为1、10、100、1 000 ng/m L。各组细胞处理24 h后,通过四甲基偶氮唑盐(thiazoly blue tetrazolium,MTT)比色法检测细胞活力;利用试剂盒检测胞内TAG的含量;使用油红O染色法检测细胞内乳脂球的合成;采用实时定量PCR法检测乳脂合成相关基因的表达。结果表明,氢化可的松处理对BMECs增殖无显著影响(P0.05);与对照组相比,100 ng/m L氢化可的松组能够显著提高TAG的合成量、增加胞内脂滴的形成以及过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator activated receptorγ,PPARγ)的基因表达(P0.05);10 ng/m L和100 ng/m L氢化可的松组能够显著上调乙酰辅酶A羧化酶(acetyl-Co A carboxylase,ACC)、二酰甘油酰基转移酶(diacylgycerol acyltransferase,DGAT)的基因表达(P0.05);1、10、100 ng/m L氢化可的松组能够显著上调脂肪酸合酶(fatty acid synthase,FASN)基因表达(P0.05),且1 ng/m L的促进效果最明显,而1 000 ng/m L则显著抑制了FASN的表达(P0.05)。该研究结果说明,氢化可的松能够促进BMECs乳脂肪合成,且100 ng/m L的剂量对乳脂合成的促进效果最佳。     

线粒体捐赠—极体基因组移植治疗遗传性线粒体疾病

遗传性线粒体DNA(mitochondrial DNA,mt DNA)疾病通过母亲遗传给下一代,引起破坏性的临床结果。因无有效的治疗方法,故预防该疾病向子代传递成为首选。在患者卵子与健康者的卵子之间进行核置换,可阻止突变mt DNA向子代传递,这一技术称为线粒体捐赠。该研究成果发表前,线粒体捐赠技术包括原核移植和纺锤体移植,但这两种手段都不能彻底阻止疾病线粒体向子代传递。结果发现:极体中线粒体含量极少并与卵子拥有相同的基因组物质,故有望成为线粒体捐赠的首选核供体。基于此,利用小鼠模型比较了四种不同的生殖细胞基因组(纺锤体–染色体复合物、原核、第一极体、第二极体)移植的特点和有效性。研究结果显示,重构卵/胚胎支持正常受精、发育及诞生后代。遗传分析证实:相对于纺锤体–染色体和原核移植,极体移植产生的F1代体内携带的核供体来源的mt DNA量极少,其中第一极体移植(first polar body transfer,PB1T)子代中未检测到核供体来源的线粒体。更重要的是,mt DNA基因型在极体移植后的子二代中仍保持稳定,提示极体基因组移植有望阻止遗传性线粒体疾病向子代的遗传。     

通平养心方对高糖诱导H9c2心肌细胞损伤的保护作用机制研究

观察通平养心方对高糖诱导的H9c2细胞损伤的保护作用机制。高糖造成细胞损伤模型;MTT法检测细胞存活率;激光扫描共聚焦显微镜成像法,检测线粒体特异性荧光染料四甲基罗丹明乙酯(tetramethyrhodamine ester,TMRE),观察细胞线粒体膜电位(mitochondrial membrane potential,△Ψm)的变化,证明通平养心方是否通过抑制线粒体通透性转移孔(mitochondrial permeability transition pore,m PTP)的开放而发挥心肌线粒体的保护作用;Western-blot检测p-JNK、p-GSK-3β。结果发现,通平养心方和JNK抑制剂均能阻断高糖造成的H9c2心肌细胞损伤;0.1μg/m L通平养心方预处理10 min,细胞存活率升高、TMRE荧光减弱程度降低,p-JNK表达下降,p-GSK-3β表达升高。表明通平养心方能够通过线粒体保护途径对抗高糖诱导的H9c2细胞损伤,机制可能是通过JNK通路促进其下游因子GSK-3β磷酸化,从而抑制m PTP的开放实现的。