赖氨酸乙酰化调控细胞代谢的机制

赖氨酸乙酰化是一种重要的翻译后修饰。细胞内的蛋白质,特别是代谢酶,广泛受乙酰化修饰的调控。乙酰化修饰由乙酰化酶和去乙酰化酶调节,对细胞的物质代谢和能量稳态进行多层次、复杂而又精细的调控。乙酰化酶和去乙酰化酶活性的发挥依赖中间代谢产物,且多种代谢物能够调控乙酰化酶和去乙酰化酶的催化活力。因此,乙酰化修饰是调控细胞代谢的重要机制。此外,乙酰化修饰能够调节自噬和营养物质感受通路,从而调控细胞的物质和能量稳态;乙酰化修饰对组蛋白的调节则能根据细胞的营养状态在表观遗传水平改变基因的表达,使细胞高效地应对不同的营养和压力状态。乙酰化修饰与代谢相关疾病的发生发展具有重要联系,对乙酰化调控的研究将极大增进人们对细胞代谢、表观遗传等生命活动的认识。     

代谢酶的非经典功能及代谢感知

代谢是基本的生命活动,代谢网络以代谢酶和代谢物为中心,为细胞的生命活动提供物质和能量基础。一方面,代谢酶发挥经典的功能,催化不同代谢通路中的代谢物,并受到严密调控,维持代谢稳态。另一方面,近年来国内外的研究,包括我们研究团队的工作证实了某些代谢酶和代谢物还可发挥非经典的兼有功能(moonlighting functions),参与信号通路调控和/或作为一个信号分子,对代谢进行更精细的调控,在机体的生理和病理过程中发挥关键作用。     

mTOR 信号通路与自噬在肿瘤中的研究进展

自噬是以细胞内自噬体形成为特征,通过溶酶体吸收降解自身受损细胞器和大分子的一种自我消化过程,是细胞维持稳态的重要机制。自噬广泛参与多种重要的细胞功能,既能在代谢应激状态下保护受损细胞,又可能因为过度激活导致细胞发生II型程序性死亡,从而引发多种疾病,尤其对肿瘤的发生和发展更是发挥着"双刃剑"的作用。自噬通过多种分子信号机制调控肿瘤进程,包括mTOR依赖性和mTOR非依赖性途径。mTOR作为生长因子、能量和营养状态的感受器,可通过调节下游自噬复合物的形成,直接调控细胞自噬。阐明mTOR与细胞自噬的相互作用机制将有助于从分子水平上对各肿瘤病变进行分析和治疗。因此,本文就自噬与PI3K/Akt/mTOR通路在肿瘤中的研究进展作一综述。     

黑水虻抗菌肽HI-3对人结肠癌HCT-8细胞 谷氨酰胺和谷氨酸代谢通路的影响

【目的】研究黑水虻Hermetia illucens抗菌肽HI-3对人结肠癌HCT-8细胞氨基酸代谢的影响,以丰富对其抑癌机理的认识。【方法】采用CCK-8法测定不同浓度(80, 160和320 μg/mL)抗菌肽HI-3对HCT-8细胞的抑制率;利用GC-MS进行HCT-8细胞代谢物测定,通过基于R软件的通路分析找出氨基酸含量差异最显著的氨基酸代谢通路并筛选出该通路靶标酶。320 μg/mL HI-3处理HCT-8细胞后,利用酶活性检测试剂盒测定靶标酶谷氨酰胺酶(GLS)活性;利用RT-qPCR和Western blot技术分别对HCT-8细胞的GLS基因进行mRNA及蛋白表达水平的测定;利用生化试剂盒和ELISA试剂盒检测HCT-8细胞内谷氨酰胺和谷氨酸代谢通路涉及的重要代谢物谷氨酰胺(Gln)、谷氨酸(Glu)、谷胱甘肽(GSH)、α-酮戊二酸(α-KG)和ATP含量的变化。【结果】浓度为80, 160和20 μg/mLHI-3对HCT-8细胞的抑制率分别为33.85%±3.50%, 46.26%±0.90%和55.53%±1.70%,且抑制率随HI 3浓度升高而增大。320 μg/mL HI-3处理对谷氨酰胺和谷氨酸代谢通路的影响最大,其中氨基酸代谢物含量与阴性对照组(0 μg/mL HI-3)相比差异最为显著;这一通路中的靶标酶GLS活性及其GLS的mRNA和蛋白表达水平均极显著低于阴性对照组;另外与此通路相关的重要代谢物Gln, Glu, GSH, α-KG和ATP含量与阴性对照组相比亦显著减少。【结论】浓度为320 μg/mL黑水虻抗菌肽HI-3对HCT-8细胞谷氨酰胺和谷氨酸代谢通路影响最为显著,并能通过阻碍该通路来显著抑制HCT-8细胞的增殖。     

编者按

<正>细胞代谢是最基本的生命活动之一。基于目前的认知,细胞代谢是指生命体内对维持生命所必需的化学反应的总和。在20世纪50、60年代,生物学和化学领域的交叉在细胞代谢领域造就了前所未有的繁荣:人们对代谢物的种类及生理功能的认识得到了极大的扩充;催化代谢反应的酶类分子也比较系统地被鉴定挖掘并绘制入代谢网络;对代谢具有调控作用但不直接参加化学反应的蛋白也得到了功能的注释。然而,随着     

非折叠蛋白反应——一条综合的细胞内信号通路

内质网(endoplasmic reticulum,ER)作为细胞中蛋白成熟的场所,可以很敏感的感受细胞内外环境的变化.当ER内环境改变,细胞就会激活信号应对这些改变,并且重新恢复折叠蛋白的环境.内质网的这种改变就是内质网应激(endophsmic reticulum stress,ERS),而对这种应激作出的反应就是非折叠蛋白反应[1](Unfolded Protein Response,UPR ).UPR至少引起了3种不同的信号通路,这些通路不仅调控分泌途径中大部分基因的表达,而且还广泛影响细胞的各个方面包括蛋白质、氨基酸和脂类的代谢.同时,这3务通路可以综合的调控细胞分泌器官的重塑并根据ERS重新调节细胞的生理活性.就UPR相关的感受器及其信号通路作简要的介绍.     

氨基酸缺乏诱导细胞自噬及miRNA调控机制

氨基酸是生物体内不可缺少的营养成分和生命活动最基本的物质之一,并对动物体的新陈代谢起到至关重要的作用。自噬是细胞内通过降解和回收细胞内生物大分子和受损细胞器,以完成本身代谢和某些细胞器更新的过程。研究证实氨基酸缺乏能诱导细胞自噬,而这种反应大部分是依赖于m TORC1信号通路的方式实现的,但总氨基酸或单体氨基酸调节细胞自噬的分子作用机制和自噬水平有很大差别,且相关方面的分子调节机制尚未完全清楚,需要进一步阐明。mi RNA是一类长度为18-24 nt的非编码核苷酸,参与细胞增殖、分化、自噬与凋亡等多种生命活动。研究表明mi RNA在氨基酸缺乏诱导细胞自噬过程中的也发挥重要调控机制。就不同氨基酸缺乏调控自噬相关机制加以综述,并探讨mi RNA在其中起到的关键作用。旨在为治疗自噬相关代谢提供思路。     

综述: 微环境调控肿瘤代谢的研究

20世纪20年代,奥托·瓦博格首次发现肿瘤细胞在正常氧的情况下优先利用糖酵解的现象．近一个世纪以来,细胞代谢在肿瘤发生发展中的作用引起了广泛的关注．其基本机制是肿瘤细胞在营养匮乏的环境中通过劫持、重塑不同的细胞代谢途径,包括合成和分解途径,从而为其生存和增殖提供生物大分子原料;而这些代谢途径改变和代谢物的变化通过转录、表观、翻译和翻译后修饰等不同机制来调控细胞的生命活动, 从而在肿瘤发生发展中起着至关重要的作用．因此,代谢异常是肿瘤的十大特征之一．近年来,随着对癌基因和抑癌基因的突变以及各类生长因子和下游信号通路的深入研究,特别是近十年对肿瘤细胞所处的微环境在肿瘤发生发展中的关键作用不断阐明,人们逐步认识到肿瘤细胞和其所处微环境的相互作用对肿瘤代谢的重塑产生重要的影响,因此揭示微环境对肿瘤细胞代谢的调控机制,将为肿瘤的诊断和治疗提供新的靶点和合理化治疗方案,从而提高肿瘤病人的生存率及其生活质量．     

微环境调控肿瘤代谢的研究

20世纪20年代,奥托·瓦博格首次发现肿瘤细胞在正常氧的情况下优先利用糖酵解的现象.近一个世纪以来,细胞代谢在肿瘤发生发展中的作用引起了广泛的关注.其基本机制是肿瘤细胞在营养匮乏的环境中通过劫持、重塑不同的细胞代谢途径,包括合成和分解途径,从而为其生存和增殖提供生物大分子原料;而这些代谢途径改变和代谢物的变化通过转录、表观、翻译和翻译后修饰等不同机制来调控细胞的生命活动,从而在肿瘤发生发展中起着至关重要的作用.因此,代谢异常是肿瘤的十大特征之一.近年来,随着对癌基因和抑癌基因的突变以及各类生长因子和下游信号通路的深入研究,特别是近十年对肿瘤细胞所处的微环境在肿瘤发生发展中的关键作用不断阐明,人们逐步认识到肿瘤细胞和其所处微环境的相互作用对肿瘤代谢的重塑产生重要的影响,因此揭示微环境对肿瘤细胞代谢的调控机制,将为肿瘤的诊断和治疗提供新的靶点和合理化治疗方案,从而提高肿瘤病人的生存率及其生活质量.     

飞蝗嗅觉的细胞与分子机制研究进展

生命的进化依赖于其周边的化学环境,通过对这些化学物质的感受,适应环境,生命得以繁衍。直到现在,各种有机体仍然保留着这种古老而有效的感知方式。飞蝗是世界性的农业大害虫,其很多行为如远距离迁飞、聚集、取食、产卵等是其造成灾害的重要生物学因素,而这些行为都与其感受化学信息相关。深入研究飞蝗感受化学信息的机制对于揭示生物感受化学信息的分子和细胞机制的多样性,设计出可以激发或钝化这些蛋白质的引诱剂或忌避剂,进而防治害虫等具有重要意义。该文主要介绍了该课题组在东亚飞蝗(Locusta migratoria manilesis)感受化学信息机制方面的一些进展。通过超微结构研究发现在飞蝗触角上至少有毛形、锥形、腔锥形和刺形4种类型的化学感受器,明确了各种感受器的超微结构特征,其中毛形和锥形是重要的嗅觉感受器。以此为基础,单感受器电位记录试验结果表明飞蝗触角上的毛形感受器至少有7种功能亚型,其中5种亚型每个感受器含有2个神经原,2种亚型每个感受器含有3种神经原。初步明确了飞蝗毛形感受器神经原对一些化学信息的编码特征。在飞蝗的触角中鉴定出了飞蝗气味分子结合蛋白(LmigOBP1),通过免疫细胞化学定位实验证明该蛋白特异表达在飞蝗毛形和锥形感受器的淋巴液中,而且在胚胎即将孵化前就开始表达,此后在各个胚后发育时期都表达,说明该蛋白可能参与飞蝗胚后发育的所有阶段的嗅觉活动。采用荧光竞争结合实验方法,明确了LmigOBP1对有15～17个碳原子的直链的脂肪族醇、酯或醛有很强的亲和力,说明该蛋白有结合特异性。采用生物信息学技术模拟出了更为合理的LmigOBP1的三维结构,通过对接实验,提出了飞蝗气味分子结合蛋白结合腔中可能参与结合十五醇的氨基酸残基。之后通过定点氨基酸突变将59位的丝氨酸、74位的天冬酰氨和87位的缬氨酸分别用丙氨酸替代获得三个突变体蛋白(S59A、N74A、V87A),通过与野生型蛋白荧光竞争结合实验结果的比较,发现突变体S59A的结合模式与野生型相同,N74A几乎丧失了全部结合能力,而V87A则对有些气味分子的结合能力有较大改变。因此,位于结合腔开口处的74位天冬酰氨是该蛋白的重要结合位点,而位于结合腔底部的87位缬氨酸也是结合位点。结合前人的结果,我们首次提出了昆虫气味分子结合蛋白依赖位于结合腔开口处的亲水性氨基酸实现对气味分子的初始识别的假说。文章最后对今后研究的一些重点进行了讨论。     

半枫荷调控RA模型的非靶向代谢组学研究

为探讨半枫荷干预类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis, RA)模型大鼠血浆内容物代谢轮廓的变化和特征,该研究以半枫荷正丁醇提取物给药前后RA模型大鼠血浆为研究对象,借助超高效液相色谱联用四极杆飞行时间质谱(UPLC-QTOF/MS)技术进行非靶向代谢组学检测,并用SIMCA-P软件对代谢物测定结果进行多元变量统计分析,筛选差异代谢物并作通路富集分析。结果表明：(1)给药前后大鼠血浆代谢轮廓存在显著差异,与模型组相比,给药组在正负离子模式合并后筛选出321种差异代谢物,其中负离子模式鉴定到174种代谢物,正离子模式鉴定到192种代谢物。(2)鉴定到的所有代谢物根据其化学分类归属信息归为12种类型,有机酸及其衍生物和脂类及类脂分子这2类代谢物数量占比较高。(3)通路富集获得37个代谢通路且呈显著性差异(P<0.05),给药组中蛋白质的消化和吸收、肿瘤胆碱代谢通路和ABC转运蛋白通路出现较大扰动且富集到的差异代谢物数量最多,所有通路均显著上调(P<0.05)。这对阐明半枫荷调控RA症状的变化机制具有一定指导价值和理论意义。     

代谢物感知失调的分子致病机理

代谢是最基础的生命活动.生物代谢网络由代谢酶和代谢物共同构成.相对于对代谢酶性质的深刻认识,对代谢物生理重要性的认识停留在物质代谢与能量代谢的水平.近年来,本研究组及国际上其他实验室的工作发现,代谢物具有信号传导功能.细胞内的代谢物水平通过不同的机制被感知,其信号通过不同的化学基础在蛋白质间相互传递并调控包括代谢、表观遗传和信号通路等重要生理过程.代谢物的失调也因此通过这些生理改变而导致人类疾病.本文对本研究组近年来在该领域的相关进展进行综述并讨论其理论及转化价值.     

基于代谢组方法筛选蜜蜂副伤寒相关差异代谢物的研究

[目的]蜜蜂副伤寒是西方蜜蜂Apis mellifera越冬期的主要易感疾病.本研究旨在探究蜜蜂副伤寒疾病相关的代谢物和代谢通路.[方法]以越冬末期的西方蜜蜂为研究对象,利用基于高效液相质谱联用的非靶向代谢组学方法检测副伤寒患病群和正常越冬群工蜂肠道中代谢物的变化.[结果]蜜蜂副伤寒患病个体和正常蜜蜂个体在正、负离子模式下分别获得626个和518个差异代谢物,在正、负离子模式下最显著差异的10种代谢物中筛选到镰刀菌氧萘满酮、奎尼丁、褪黑素、去氧紫草素等与蜜蜂物质代谢障碍、细胞凋亡和抗氧化应激相关的差异代谢物.此外,差异代谢物显著富集于与氨基酸代谢密切相关的氨酰-tRNA合成、蛋白质消化吸收、谷胱甘肽代谢、矿物质代谢、多种氨基酸代谢等7个代谢通路.[结论]蜜蜂患副伤寒后肠道中代谢物水平发生显著变化,其中氨基酸和蛋白质的代谢异常可能是蜜蜂副伤寒发病的主要原因.     

Mondo蛋白在肿瘤相关代谢中的研究进展

转录因子Mondo蛋白家族包括MondoA和ChREBP(MondoB)两个家族成员,是葡萄糖介导的基因转录调控的关键调控因子,可直接调控糖酵解和脂肪酸生成相关基因的表达,在细胞代谢与能量平衡中发挥重要作用。细胞代谢改变是肿瘤的重要特征之一,为肿瘤细胞生长及恶性进展创造了有利条件。近年来,研究发现,Mondo蛋白在肿瘤细胞糖酵解、脂肪酸合成和谷氨酰胺利用等代谢通路中发挥着重要作用,而且Mondo蛋白调控肿瘤细胞的代谢,其在肿瘤细胞生长、增殖和侵袭等过程中的作用值得肿瘤研究者关注。因此,更好地认识Mondo蛋白调控肿瘤细胞代谢的机制,将为癌症的治疗提供新的方向。本文对Mondo蛋白家族成员的分子特征、表达调控、组织特异性功能及其在肿瘤代谢重编程和细胞增殖中的最新研究进行综述,为肿瘤的防治提供新思路。     

mTORC1通路中氨基酸信号转导相关机制研究进展

雷帕霉素靶点蛋白（target of rapamycin,TOR）作为细胞内重要的生长和代谢调节中枢,主要通过形成两种复合物TORC1与TORC2发挥其功能。其中TORC1接收广泛的细胞内信号,如氨基酸水平、生长因子、能量以及缺氧状态等,通过调控蛋白质合成来促进细胞的增殖与生长。在这些信号当中,氨基酸不仅能够激活TORC1通路,还同时作为其他信号激活TORC1的必需条件。目前,对于生长因子和能量水平激活TORC1过程的分子机制已有较深入的认识,而对于氨基酸信号如何转导至TORC1的分子机制直到近年来才有了新的突破。该文通过梳理已发表的哺乳动物细胞中氨基酸信号调控mTORC1分子机制的相关实验结论,对该领域的研究方向进行了总结和展望。     

mTOR信号转导通路抑制剂及其与肿瘤耐药的研究进展

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)是一种特异性的蛋白激酶,在调控细胞生长、增殖、代谢等多项生命活动中都具有重要意义。mTOR调控功能的失活与异常激活,会导致相关肿瘤和疾病的发生。近年来已有多种mTOR抑制剂用于治疗该信号转导通路异常引起的肿瘤。该文探究多种调控mTOR的信号通路和mTOR抑制剂用于肿瘤治疗的最新进展,还探讨肿瘤细胞对mTOR抑制剂产生耐药性的潜在机制和应对策略。因此,对mTOR信号通路及其调控机制的探索有助于研发全新的肿瘤治疗技术。     

脂质组学分析方法进展及其在癌症研究中的应用

脂质占人体内源性代谢物的一半以上,种类繁多,结构复杂,因而具有多种生物功能,与多种生命活动密切相关。脂质组学是代谢组学分支的新兴学科,它可以通过比较不同生理状态下脂质含量的变化,寻找代谢通路中关键的脂质生物标志物,最终揭示脂质在各种生命活动中的作用机制。随着质谱技术的进步,脂质组学在疾病脂类生物标志物的识别、疾病诊断、药物作用机制的研究等方面已展现出广泛的应用前景。本文主要就脂质组学近几年的分析方法进展及其在癌症中的最新应用进行了综述。     

O-GlcNAc修饰与肿瘤发生及转移

O-连接的β-N-乙酰葡糖胺（O-GlcNAc）修饰是一种广泛存在于细胞浆和细胞核蛋白质丝/苏氨酸上的动态、可逆的翻译后修饰. 这种修饰与经典的糖基化不同而类似于磷酸化修饰,它在生命过程中发挥重要的调节作用. O-GlcNAc修饰作为潜在的营养感受器,可以调节转录、代谢等众多细胞进程,并与癌症等人类重大疾病密切相关. 本文主要综述了O-GlcNAc修饰与肿瘤形成和转移的关系,并对O-GlcNAc促进肿瘤形成与转移的潜在分子机制进行了探讨.     

伞裙追寄蝇滞育关联基因和滞育关联代谢物的联合分析

为探索伞裙追寄蝇蛹滞育调控的分子机制,本文对伞裙追寄蝇Exorista civilis滞育蛹和非滞育蛹进行转录组测序以及代谢组检测,鉴定其关键的滞育关联基因(diapause-associated genes, DEGs)和滞育关联代谢物(diapasuse-associated metabolites, DEMs)。本研究基于高通量测序以及液质联用技术,通过筛选,在转录组中获得了差异表达基因7 513个,在代谢组中,获得差异代谢物501个,其中氨基酸占比最多。将所有差异表达基因与差异表达代谢物同时向KEGG映射,获得两者共同的pathway信息,明确差异表达基因与差异代谢物共同参与的主要生化途径和信号转导途径。本研究通过转录组和代谢组的联合分析,在正、负离子模式下,差异表达基因与差异代谢物共同富集到70条通路。在负离子模式下,滞育关联因子主要参与氨基酸代谢和神经系统;在正离子模式下,滞育关联因子主要参与消化系统和信号转导途径。本研究重点分析了柠檬酸循环、cAMP信号通路、氨酰-tRNA的生物合成,将为进一步深入研究伞裙追寄蝇滞育调控的分子机制奠定理论基础。     

两种光照处理下苦荞芽菜的代谢物分析

以黑暗和光照处理下苦荞（Fagopyrum tataricum（L.）Gaertner）品种‘晋荞2号’种子萌发所得的芽菜为材料,利用气相色谱-质谱联用分析技术,对两种处理下苦荞芽菜代谢产物的差异进行分析。结果显示,两种光照处理下苦荞芽菜的代谢产物差异明显,在芽菜中共检测出383种代谢产物,其中不同光照处理造成了137种代谢产物的显著差异,他们主要集中在氨基酸及其衍生物、糖类及其衍生物、芳香族化合物和脂肪酸等。除氨基酸及其衍生物外,其余绝大多数差异代谢物的含量在光照组芽菜中较高;KEGG代谢通路分析结果表明,差异代谢物富集于136条物质代谢通路。说明光照能够促进苦荞芽菜多数营养代谢物的生成和积累,营养组分较暗培养更为丰富,营养价值更高。