细胞纤毛在信号转导与器官发育中的作用与机制

纤毛(cilia)是细胞表面的突起状细胞器,几乎存在于所有细胞表面,且广泛分布于组织和器官的上皮.纤毛由外部的纤毛膜和内部的轴丝组成,结构在进化上十分保守.根据微管组成和排列方式的不同,纤毛可分为9+2型运动纤毛与9+0型基本纤毛或非运动纤毛.作为一种特殊的感受器,纤毛通过影响细胞信号通路参与胚胎形成、心脏等内脏器官发育及人体重要生理活动.本课题组在国际上首次把前列腺素信号通路与纤毛生长及心脏发育相联系.研究发现,ABCC4/LKT前列腺素转运蛋白从细胞内运输前列腺素E2(PGE2)至细胞外,并通过结合位于纤毛膜上的G蛋白偶联受体EP4影响细胞内c AMP浓度,调节纤毛内运输蛋白的正向速率,进而调控纤毛生长与心脏等器官的左右不对称性发育.纤毛生长或功能缺陷会引发先天性心脏病、多囊肾、视网膜变性等多种疾病.本文主要介绍纤毛参与调控细胞内信号转导与器官发育及相关纤毛疾病.     

初级纤毛与Wnt信号通路相关性研究进展

初级纤毛是一类以微管为基础结构的细胞器,其来源于细胞的母中心粒,锚定在细胞膜并如“天线”般突出细胞表面。作为细胞感受器,初级纤毛从环境中接受各种信号,传导至细胞内引起细胞反应。近期的研究表明,初级纤毛对与胚胎发育密切相关的Wnt信号通路的传导起重要作用。纤毛的损害可造成Wnt信号通路的异常,并引起胚胎中多类脏器一系列的病理改变,导致初级纤毛相关疾病的发生。文章主要阐述了初级纤毛与Wnt/β-catenin、Wnt/PCP通路及初级纤毛相关疾病之间的关系,并对初级纤毛相关疾病的治疗进行了初步探讨。对初级纤毛与Wnt信号通路关系的深入研究将有助于人们对该类疾病的进一步诊断和治疗。     

原纤毛－多囊蛋白复合物在肾和骨组织中的类似作用

纤毛－多囊蛋白复合物的功能或者结构异常,是导致常染色体显性多囊肾病的主要原因.该复合物除了被认为在正常的肾上皮细胞上起着机械和化学感受器的作用,可能在骨细胞中也有类似的作用.本文总结了多囊蛋白和纤毛的结构、分布特点以及在肾发育过程中所发挥的作用;着重综述了纤毛 多囊蛋白复合物在肾上皮细胞上作为机械和化学感受器,通过影响细胞内一系列的信号途径,调控细胞的基因转录和蛋白合成的最新研究进展,包括与细胞内钙离子变化有关的钙调神经磷酸酶－NFAT途径和PI3K－Atk途径,调控细胞周期的JAK－STAT途径,及维持正常肾结构的Wnt/β连环蛋白信号途径等;还将通过比较在肾上皮细胞上纤毛 多囊蛋白复合物所激活的信号传导途径和在骨细胞中传导机械刺激的信号转导途径的类同,提示在骨细胞中,纤毛 多囊蛋白复合物可能起着在肾上皮细胞上类似的机械感受器作用,为系统性阐明多囊肾病的发病机制,以及揭示失重或负重状态下骨细胞机械感受的分子机制提供了一个新思路.     

骨细胞初级纤毛及其在机械信号转导中的作用

骨细胞是矿化骨基质中的唯一细胞,在骨代谢中作为调控的"大脑",调节着成骨细胞的骨形成以及破骨细胞的骨吸收,骨细胞渐渐成为骨代谢研究的重点。然而,骨细胞在骨代谢中感受外界机械与化学信号的机制一直不明确。近年来研究表明,骨细胞初级纤毛(primary cilium)作为一种细胞表面的信号感受器官,不仅是感受外界机械信号刺激的"天线",而且是多种化学信号的受体及信号转导的集合器。本文综述了骨细胞初级纤毛的结构及其伴随细胞周期重建与解体的过程,着重讨论了初级纤毛在骨细胞机械信号以及其他化学信号转导中的作用,并展望了骨细胞初级纤毛的研究趋势。     

中国大鲵机械感受器的超微结构

首次以透射电镜研究了大鲵成体（实验材料共两条）皮肤侧线器官中机械受器即表面神经丘和陷器官的超微结构,并在这两种感受器官之间进行了比较。它们都由三种细胞组成：周围的套细胞,底部的支持细胞以及中央的感觉细胞;且感觉细胞的游离面均有一根动纤毛和几十根静纤毛。但这两种器官在大小、各种细胞的数量、形状和排列上下不同,尤其是表面神经丘感觉细胞游离面纤毛具有双向极性,而陷器官体现为多向极性;表面神经丘的突触球集中分布于一个特殊的感觉细胞,而陷器官的每个感觉细胞基部都有一个突触球。     

OFD1基因在初级纤毛及其与癌症发生发展方面的研究进展

初级纤毛是由微管组成的细胞器,它负责感受细胞内环境并参与细胞间信号的转导。初级纤毛也是细胞信号整合的枢纽,是Hedgehog信号通路的关键分子,它的形成与细胞周期有关,初级纤毛的异常可以导致某些疾病的发生。研究表明人的乳腺癌和胰腺癌细胞中初级纤毛缺失,而在正常乳腺及胰腺细胞中呈激活状态,然而,初级纤毛在正常细胞和癌细胞之间的调控机制目前仍不清楚。OFD1是人类的一个致病基因,它是中心粒的末端组成成分,它负责调节中心粒的长度,同时也是初级纤毛形成所必需的基因。OFD1也定位于中心粒随体,研究表明自噬通过降解中心粒随体中的OFD1促进初级纤毛的形成,中心粒随体中OFD1基因的消除可以促进癌细胞中初级纤毛的恢复。因此,OFD1、初级纤毛和肿瘤之间存在一定联系,近期研究表明纤毛的缺失与肿瘤的细胞起源,遗传背景和肿瘤信号通路的损害关系密切,这将有助于我们对纤毛相关疾病的了解,有助于我们对包括癌症的发病和治疗方面的研究。     

神经细胞初级纤毛在中枢神经系统疾病中作用的研究进展

初级纤毛广泛存在于哺乳动物中枢神经系统中,是神经细胞重要的胞外细胞器。初级纤毛中含有多种离子通道、G蛋白耦联受体、激酶等,提示初级纤毛可感受胞外信号并将信号转导至细胞内,从而引起细胞对外界刺激信号产生应答反应。近年来大量研究表明调控纤毛结构及功能的基因发生突变后,会导致许多单基因的遗传性疾病。当神经细胞初级纤毛中激酶、G蛋白耦联受体以及离子通道的功能异常后,往往会引起一系列的神经精神疾病、神经系统发育异常等神经系统疾病。本文就初级纤毛在神经系统疾病中作用的研究进展进行综述。     

纤毛、纤毛发生与Wnt/PCP信号通路

纤毛是以微管为核心组分、突出于细胞表面且高度保守的细胞器,具有运动、摄食、感知并传递外界信号等功能。纤毛发生是纤毛在细胞膜表面定位并装配的过程。多年来,对纤毛发生过程及其调控机制的探索始终是亚细胞结构与功能研究的热点之一。Wnt/PCP信号通路是参与胚胎及器官发育的主要信号转导途径之一。近年来大量研究显示,Wnt/PCP信号通路和纤毛发生密切相关。纤毛结构与功能的异常可造成Wnt/PCP信号通路异常,导致纤毛相关疾病的发生;同时,Wnt/PCP信号通路又决定着纤毛的形态和极性。因此,深入研究纤毛与Wnt/PCP信号通路的关系将有助于从细胞与分子生物学水平揭示纤毛发生的调控机制。     

衣藻、纤毛与“纤毛相关疾病”

纤毛或鞭毛（两个名称在本文互为通用）是以细胞微管为核心而组装形成的一种细胞器官．运动纤毛在细胞运动中起的作用是显而易见的,比如精子的运动：近年来发现,曾被认为是退化器官的不动原生纤毛在动物发育和各种生理器官的正常生理活动中起着重要作用．原生纤毛具有调控细胞分裂,Hedgehog信号通路,非经典Wnt信号通路及钙信号传导等的作用．纤毛及其附属结构在结构或功能上的缺陷会导致多种多样的疾病,总称为“纤毛相关疾病”,包括男性不育症、呼吸道疾病（如不动纤毛综合征、肾囊肿、失明、多指（趾）症、内脏转位、肥胖症、高血压乃至精神发育迟滞等．纤毛在结构和功能上是非常保守的,我们目前对纤毛的结构与功能的认识和对“纤毛相关疾病”发生机理的了解主要来自于对各种模式生物的研究,其中包括具有研究优势的模式生物——雷氏衣藻（Chlamydomonas reinhardtii,一种单细胞绿萍）．对纤毛的进一步研究将深化人们对“纤毛相关疾病”的认识、促进对它的诊断、预防和治疗．本文对衣藻、纤毛及“纤毛相关疾病”的研究进展作一简短概述．     

多囊蛋白2离子通道功能及在常染色体显性多囊肾发病中的作用机制

多囊蛋白2 (polycystin-2,PC2,或称TRPP2,PKD2)是一种瞬时受体电位通道(transient receptor potential channel,TRP),在维持细胞正常的Ca²⁺信号传导中起着关键作用,也是最常见的单基因常染色体显性遗传多囊肾病(transient receptor potential channel,ADPKD)的潜在病因之一。PC2可自身组装为同源四聚体离子通道或与其他蛋白质形成异源受体-离子通道复合物,参与调节机械感觉、细胞极性、细胞增殖和凋亡等多种生理功能,导致囊性细胞从正常的吸收、静止状态转变为病理性分泌、增殖状态。本文阐述了PC2蛋白相关结构域以及通道特性在维持细胞内Ca²⁺信号传导中的关键作用,并总结了PC2在细胞膜、纤毛、内质网以及线粒体等特定亚细胞定位形成多囊蛋白复合物,参与多种细胞分化、增殖、存活和凋亡相关信号通路,为确定特异性的有效的ADPKD干预治疗途径和靶点药物提供新的思考方向。     

动物细胞的多功能细胞器——鞭毛、纤毛和微绒毛(3)

动物是从单细胞生物中带鞭毛的领鞭毛虫演化而来的,但是在过去的很长一段时期中,人们普遍认为动物身体内的多数细胞是不带鞭毛的,只有精子、呼吸道和输卵管的上皮细胞有能够摆动的鞭毛(称动纤毛)。在20世纪60年代,人们就发现动物细胞上不能摆动的鞭毛(称静纤毛),但是由于不知其生理功能而不被重视。在21世纪初,科学家发现,多囊肾其实是与纤毛有关的疾病,随后对纤毛的研究才进入热潮。近年来的研究表明,在脑脊液的流动和动物内脏位置左右不对称分布上动纤毛发挥关键作用。而静纤毛存在于动物的许多细胞上,含有各种感觉受体,成为动物细胞接收信号的"天线"。它们能够感知动物体内多种液体的流动情况,被动物用于监测血压、眼压、胆汁流动、尿液流动和感知骨骼负荷;动物的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉、自体感觉、细胞运动也是通过静纤毛接收信号的。在动物胚胎的发育过程中,静纤毛也负责细胞的信息接收,是Hedgehog(刺猬蛋白)信号通路、Wnt信号通路、Notch信号通路等的起始处。由于纤毛在动物体内的多种功能,纤毛功能障碍会导致全身性疾病,统称纤毛病(ciliopathy),包括嗅觉丧失、听觉丧失、视网膜退化、雄性不育、脑室积水、脑发育障碍、骨骼畸形、多指、多囊肾、多囊肝、内脏位置左右颠倒等多种症状。领鞭毛虫的另一个线状结构——领毛,演变成为动物细胞上的微绒毛,像静纤毛一样,成为细胞接收信号的"天线",在视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉和自体感觉中发挥作用。因此鞭毛、纤毛和微绒毛一起,被认为是动物细胞上的多功能细胞器。     

腺苷酸激酶与AMP信号在感知及维持机体能量中的作用

腺苷酸激酶（AK）是催化各种腺嘌呤核苷酸相互转化的一种磷酸转移酶,其在维持细胞能量平衡中起着重要的作用。AK有七种亚型,在线粒体、胞浆、细胞核之间的能量转移和分布中起着至关重要的作用。细胞内、细胞外和血液中的AMP水平是机体能量感知、睡眠、冬眠和食物摄取的代谢信号。高于或低于正常水平的AMP信号与人类疾病相关。AK及其下游的AMP信号组成了一个完整的代谢监测系统,通过检测细胞能量状态变化,从而调整对代谢感受器传递的信号。详细阐述了AK和AMP在感知及维持机体能量中的作用。     

动物细胞的多功能细胞器——鞭毛、纤毛和微绒毛(1)

动物是从单细胞生物中带鞭毛的领鞭毛虫演化而来的,但是在过去的很长一段时期中,人们普遍认为动物身体内的多数细胞是不带鞭毛的,只有精子、呼吸道和输卵管的上皮细胞有能够摆动的鞭毛(称动纤毛)。在20世纪60年代,人们就发现动物细胞上不能摆动的鞭毛(称静纤毛),但是由于不知其生理功能而不被重视。在21世纪初,科学家发现,多囊肾其实是与纤毛有关的疾病,随后对纤毛的研究才进入热潮。近年来的研究表明,在脑脊液的流动和动物内脏位置左右不对称分布上动纤毛发挥关键作用。而静纤毛存在于动物的许多细胞上,含有各种感觉受体,成为动物细胞接收信号的"天线"。它们能够感知动物体内多种液体的流动情况,被动物用于监测血压、眼压、胆汁流动、尿液流动和感知骨骼负荷;动物的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉、自体感觉、细胞运动也是通过静纤毛接收信号的。在动物胚胎的发育过程中,静纤毛也负责细胞的信息接收,是Hedgehog(刺猬蛋白)信号通路、Wnt信号通路、Notch信号通路等的起始处。由于纤毛在动物体内的多种功能,纤毛功能障碍会导致全身性疾病,统称纤毛病(ciliopathy),包括嗅觉丧失、听觉丧失、视网膜退化、雄性不育、脑室积水、脑发育障碍、骨骼畸形、多指、多囊肾、多囊肝、内脏位置左右颠倒等多种症状。领鞭毛虫的另一个线状结构——领毛,演变成为动物细胞上的微绒毛,像静纤毛一样,成为细胞接收信号的"天线",在视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉和自体感觉中发挥作用。因此鞭毛、纤毛和微绒毛一起,被认为是动物细胞上的多功能细胞器。     

动物细胞的多功能细胞器——鞭毛、纤毛和微绒毛(2)

动物是从单细胞生物中带鞭毛的领鞭毛虫演化而来的,但是在过去的很长一段时期中,人们普遍认为动物身体内的多数细胞是不带鞭毛的,只有精子、呼吸道和输卵管的上皮细胞有能够摆动的鞭毛(称动纤毛)。在20世纪60年代,人们就发现动物细胞上不能摆动的鞭毛(称静纤毛),但是由于不知其生理功能而不被重视。在21世纪初,科学家发现,多囊肾其实是与纤毛有关的疾病,随后对纤毛的研究才进入热潮。近年来的研究表明,在脑脊液的流动和动物内脏位置左右不对称分布上动纤毛发挥关键作用。而静纤毛存在于动物的许多细胞上,含有各种感觉受体,成为动物细胞接收信号的"天线"。它们能够感知动物体内多种液体的流动情况,被动物用于监测血压、眼压、胆汁流动、尿液流动和感知骨骼负荷;动物的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉、自体感觉、细胞运动也是通过静纤毛接收信号的。在动物胚胎的发育过程中,静纤毛也负责细胞的信息接收,是Hedgehog(刺猬蛋白)信号通路、Wnt信号通路、Notch信号通路等的起始处。由于纤毛在动物体内的多种功能,纤毛功能障碍会导致全身性疾病,统称纤毛病(ciliopathy),包括嗅觉丧失、听觉丧失、视网膜退化、雄性不育、脑室积水、脑发育障碍、骨骼畸形、多指、多囊肾、多囊肝、内脏位置左右颠倒等多种症状。领鞭毛虫的另一个线状结构——领毛,演变成为动物细胞上的微绒毛,像静纤毛一样,成为细胞接收信号的"天线",在视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉和自体感觉中发挥作用。因此鞭毛、纤毛和微绒毛一起,被认为是动物细胞上的多功能细胞器。     

黑斑蛙嗅器和犁鼻器的组化及超微结构特征

嗅感受器主要感知外界环境中化学信号分子.本文采用银染、NADPH-组化染色和电镜技术来观察黑斑侧褶蛙(Petophylax nigromaculatus)的嗅器和犁鼻器的功能差异及细胞组成.银染法可对嗅上皮和犁鼻上皮的细胞进行分类及区分.其中,支持细胞胞核深染成黑色,嗅细胞胞核银染为花斑状.细胞计数显示,犁鼻上皮的嗅神经细胞含量百分比显著高于嗅上皮.组化结果显示,黑斑侧褶蛙嗅上皮和犁鼻上皮对NADPH-d表达模式差异显著,前者表达明显高于后者.电镜结果显示,黑斑侧褶蛙嗅上皮和犁鼻上皮的支持细胞由两种类型的细胞组成,分别为纤毛型和颗粒型支持细胞.     

力学信号与细胞适应

人体是由骨骼和肌肉等运动系统构成的有生命活动的机体,与内外力学刺激信号密切关联。力学刺激信号传递至组织细胞,并与细胞内部生物学信号交互作用,从而完成生物学过程。人体响应的力学刺激主要有机械牵张应力、流体剪切应力与静水压力等。阐明力学信号下细胞的变化及机制,对于生命科学具有十分重要的意义。本文将主要针对机械牵张应力、流体剪切应力与静水压力这三种力学信号的体外力学加载装置及其引起的细胞适应作一综述。     

腺苷酸环化酶Ⅲ(AC3)在非神经细胞内的定位（英文）

腺苷酸环化酶III(adenylate cyclase III,AC3)最早发现于小鼠主要嗅觉表皮,是c AMP信号通路的组成成分之一,它的缺失可导致小鼠嗅觉丧失、体重增加、雄性不育、母性关爱行为丧失和学习与记忆能力下降等。脊椎动物体内绝大多数细胞具有纤毛,在小鼠大脑神经元中AC3定位于初级纤毛,许多非神经类型细胞也有AC3的表达,然而其与非神经类细胞纤毛的关系尚待确定。该文选择了8种细胞株(2种神经类细胞株、6种非神经类细胞株),对上述问题进行了研究。RT-PCR及其产物DNA测序结果显示,这些细胞中均有AC3的表达。免疫荧光染色结果显示,在IMCD3、293T和BMSCs等细胞株中,AC3与细胞初级纤毛的荧光信号重叠;在A549和He La两种癌细胞株中,AC3也定位在初级纤毛上。该研究结果表明,AC3在多数非神经细胞中也表达于纤毛部位。     

酵母菌细胞完整性信号途径及其上游调控因子的研究

酵母菌是一类单细胞低等真核生物 ,其细胞壁是维持正常生命活动所必需的亚细胞结构 ,在决定细胞形态、维持细胞结构完整性、细胞的存活及胞内生理功能等方面起着重要的作用。细胞壁组成成分的合成、降解及结构的组装均受到严格的调控 ,既与细胞周期有关 ,又受外界环境条件的影响。它直接与外界环境相接触 ,感应环境条件的改变 ,从而使细胞内发生一系列适应环境变化的生物学过程。这种感应过程是通过细胞内外信号的传递实现的。酵母细胞中存在着多种信号传递系统 ,其中有丝分裂原激活蛋白激酶 (Ｍｉｔｏｇｅｎ ａｃｔｉｖａｔｅｄｐｒｏｔｅ…     

VANGL2在人hUVEC细胞中初级纤毛装配和解聚的作用

动脉粥样硬化是心血管疾病的主要发病原因。大量研究显示,动脉粥样硬化的形成与内皮细胞的初级纤毛相关。探讨内皮细胞中的初级纤毛装配和解聚的机制,对于揭示动脉粥样硬化的发病机制具有重要的理论和实践意义。目前,作为平面细胞极化(PCP)信号通路的特有组分VANGL平面细胞极性蛋白2(VANGL2)在内皮细胞中与初级纤毛相关的研究甚少。因此,本研究构建VANGL2的慢病毒稳定干扰和过表达人脐静脉内皮细胞(hUVEC)系。从形态学上对初级纤毛分布的情况进行标记,同时用免疫荧光对VANGL2可能相互作用的蛋白质进行共定位检测,并利用免疫印迹进一步对其下游蛋白质蓬乱蛋白(DVL2)、初级纤毛装配相关蛋白质巴特-比德尔综合征8(BBS8)和纤毛内转运系统88(IFT88)、初级纤毛解聚相关蛋白质运动蛋白家族成员2A(KIF2A)和143位点处丝氨酸磷酸化的蓬乱蛋白(pDVL2)进行检测,用免疫共沉淀检测与VANGL2、下游蛋白质DVL2相互作用的蛋白质。结果表明,免疫荧光标记初级纤毛的荧光图显示,过表达VANGL2后初级纤毛数量显著增多(P0.05),其长度也较其他组更长,其定位方向更倾向于VANGL2富集的位置,并位于初级纤毛的基部。免疫荧光共定位显示,BBS8、IFT88均与VANGL2共定位,在过表达VANGL2组中均呈极性分布,PLK1也与VANGL2存在共定位情况,但整体上PLK1的表达量较低。免疫印迹结果显示,过表达VANGL2时,其下游蛋白质DVL2上调(P0.01)。同时,初级纤毛解聚相关蛋白质KIF2A也上调(P0.01)。此外,与初级纤毛解聚途径激活有关的pDVL2下调(P0.05),初级纤毛装配相关的蛋白质BBS8、IFT88发生上调(P0.01)。免疫共沉淀结果显示,VANGL2与DVL2存在相互作用关系,且VANGL2和DVL2均与KIF2A相互作用,但DVL2与KIF2A相互作用的程度较强。综上结果表明,VANGL2可能通过上调DVL2并增加DVL2与KIF2A的相互作用而促进初级纤毛的解聚过程。同时,通过下调pDVL2、上调初级纤毛装配相关蛋白质BBS8和IFT88而增加初级纤毛的装配过程。但在过表达VANGL2组中,初级纤毛装配的过程比解聚占优势,两者最终的平衡决定初级纤毛的发生情况,为进一步研究VANGL2在内皮细胞中初级纤毛装配和解聚的机制研究提供见解。     

初级纤毛的研究进展

初级纤毛是以中心体作为基体并突出于细胞膜表面的一种特化的细胞结构,存在于绝大多数休眠期以及已分化的哺乳动物细胞,介导多种细胞信号通路的转导,因此初级纤毛功能的异常会导致一系列人类疾病。该文主要总结了初级纤毛的结构、起始生长与解聚过程及中心体/纤毛蛋白降解途径等方面的最新研究进展,讨论了初级纤毛异常与纤毛疾病的关系,为纤毛疾病的诊断与治疗提供了参考。