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。     

低表达线粒体蛋白ISCA2对线粒体功能影响的机制研究

该文探讨了ISCA2蛋白低表达对细胞内铁硫蛋白和能量代谢的影响。在HeLa细胞内将ISCA2基因敲低,通过免疫印迹、顺乌头酸酶胶内酶活性分析法分析线粒体内外铁硫蛋白水平和活性改变;用紫外–可见分光光度法检测细胞线粒体内氧化磷酸化复合体活性;用海马能量分析仪分析细胞内能量代谢的改变。结果表明,ISCA2蛋白低表达后,氧化磷酸化复合体中各铁硫蛋白亚基都出现不同程度的下调,且对于线粒体[4Fe-4S]型铁硫蛋白亚基影响显著,但对线粒体[2Fe-2S]型铁硫蛋白亚基以及胞质[4Fe-4S]型铁硫蛋白亚基影响较小。同时,ISCA2蛋白低表达后对线粒体复合体活性和线粒体能量代谢影响显著,细胞有氧呼吸降低,细胞外乳酸含量增加。这些结果表明,ISCA2蛋白低表达后抑制铁硫簇的组装,导致铁硫蛋白功能障碍,影响线粒体复合体活性和氧化磷酸化系统,使得细胞能量代谢紊乱。     

铜对线粒体中铁硫蛋白功能的毒性机制研究

该文探讨了铜对线粒体内铁硫蛋白的毒性机理。通过包装慢病毒将Hep G2细胞中铜转运蛋白ATP7B(ATPase copper transporting beta)基因敲低,并用铜离子处理构建高铜细胞模型。通过免疫印迹、胶内酶活、紫外–可见光分光光度法检测细胞线粒体内铁硫蛋白、非铁硫蛋白及铁硫簇组装蛋白量和活性的改变;用电镜观察高铜模型中线粒体的形态改变;用海马能量代谢分析仪检测铜离子对细胞能量代谢的影响。结果发现,高铜细胞模型线粒体内铁硫簇组装蛋白ISCA2(ironsulfur cluster assembly 2)及ISCU(iron-sulfur cluster assembly enzyme)水平下降,抑制了铁硫簇的组装,并进一步影响了线粒体内[2Fe-2S]型及[4Fe-4S]型铁硫蛋白功能,但并不影响非铁硫蛋白。高铜状态也影响了呼吸链复合体活性及线粒体能量代谢,并导致线粒体形态发生改变。这些结果表明,异常累积的铜离子也会通过抑制线粒体中铁硫簇的组装,影响线粒体内铁硫蛋白的功能。     

运动调控线粒体呼吸链超级复合体的研究进展

线粒体呼吸链超级复合体(mitochondrial respiratory chain supercomplex, mitoSC)是线粒体内膜呼吸链上的自由复合体通过其亚基之间的相互作用形成的复合体超级组装,主要为mitoSCⅠ_1+Ⅲ_2+Ⅳ_(1-4)、mitoSCⅠ_1+Ⅲ_2、mitoSCⅢ_2+Ⅳ_(1-2)、高分子量mitoSC (high molecular weight mitoSC, HMW mitoSC)和巨型超级复合体(mitochondrial metacomplex, mitoMC)。mitoSC已被证明具有提高呼吸链电子传递效率、减少活性氧产生的功能。在衰老的不同组织和诸多线粒体相关疾病组织中,mitoSC的种类和含量发生变化。本文通过归纳人类和哺乳动物不同组织中mitoSC的结构和功能,总结衰老、心脏疾病、2型糖尿病、癌症和基因缺陷疾病等条件下mitoSC的变化规律,重点探讨运动对mitoSC的影响及其相关调节机制,为线粒体相关疾病的运动干预提供参考。     

线粒体电子传递系统的组装及其生物学意义

电子传递链亦称呼吸链,由位于线粒体内膜的I、II、III、IV 4种复合物组成,负责电子传递和产生质子梯度。电子主要从复合物I进入电子传递链,经复合物III传递至复合物IV。电子传递系统的组装是一个十分复杂的过程,目前已知主要有约69个结构亚基以及至少16个组装因子参与了人类复合物I、III、IV的组装,这些蛋白质由核基因组与线粒体基因组共同编码。对线粒体电子传递系统的蛋白质组成及其结构已研究得较为清楚,但对它们的组装了解得还比较初步。许多人类线粒体疾病是由于电子传递系统的功能障碍引起的,其中又有许多是由于该系统中一个或多个部件的错误组装引起的。研究这些缺陷不仅能够加深对线粒体疾病发病机理的了解,也有助于揭示线粒体功能的调控机制。将着重对电子传递系统复合物的组装及其与人类疾病关系的研究进展进行综述。     

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。     

强直性脊柱炎差异表达基因的生物信息学分析

目的探讨强直性脊柱炎(AS)患者差异表达基因,并基于差异基因探讨强直性脊柱炎发病相关的可能生物学过程和信号通路。方法检索基因表达谱数据库(GEO)并筛选AS相关基因表达谱数据集。应用GEO在线分析功能GEO2R分析AS组和正常对照组的差异表达基因,用Cytoscape软件clueGO插件进行基因本体论和京都基因与基因组百科全书分析,采用String蛋白-蛋白相互作用(PPI)数据库分析差异表达基因编码蛋白间的相互作用;应用Cytoscape绘制蛋白相互作用网络图,并软件筛选信号通路关键基因分析。结果选取AS患者全血表达数据集GSE25101为研究对象,分析获得差异表达基因72个。72个差异表达基因分子功能主要为参与高迁移率族盒染色体蛋白1(HMGB1)转导机制;生物学过程主要富集于巨噬细胞迁移、骨髓细胞凋亡过程、线粒体呼吸链复合体装配、ATP合成偶联电子传输、线粒体ATP合成耦合电子输运等;细胞成分主要富集于呼吸链复合体、线粒体呼吸体等。信号通路富集于氧化磷酸化信号通路和帕金森综合征相关信号通路。PPI网络经过cytohubba插件筛选,ATP5J、NDUFS4、UQCRB、UQCRH、NDUFB3、COX7B、LSM3、ATP5EP2、ENY2、PSMA4被筛选为网络中的核心基因。结论通过生物信息学方法进行预测了AS的潜在机制,并筛选出10个潜在的与AS相关的重要分子,其中氧化磷酸化可能在AS发病机制中发挥了重要的作用。     

microRNA-122可调节线粒体的生物发生

目的探讨microRNA-122在代谢中的作用机制。方法首先通过生物信息学预测和双荧光素酶报告基因实验去验证14个代谢相关的microRNA-122靶基因,接着分别利用瞬时转染microRNA-122前体的293A细胞、HeLa细胞和HepG2细胞去检测维持线粒体形态功能的3种标志蛋白Immt、AIF、Cox IV的含量以及通过NRF-1/2及ERR-α途径直接调控线粒体生物生成的PGC-1α的表达,并同时采用线粒体DNA定量实验和活体细胞线粒体损伤/氧化(NAO)荧光测定实验检测这些相应的细胞稳定克隆中线粒体的拷贝数。结果发现其中一些预测的线粒体生物发生相关的靶基因能被microRNA-122显著影响,并且在过表达了microRNA-122前体的不同种类的细胞中Immt、AIF和Cox IV的蛋白水平,PGC-1α的RNA水平和线粒体的拷贝数都呈现较为显著的下降。结论 mi-croRNA-122可通过调节线粒体的生物发生来影响代谢。     

线粒体锚定对凋亡诱导因子抗氧化应激功能的影响

目的:构建带线粒体锚定信号肽的凋亡诱导因子(AIF)融合表达载体,研究在A549细胞中AIF线粒体锚定与其抗氧化应激功能的关系。方法:利用PCR将AIF原有线粒体定位信号(1-120 aa)替换成具有锚定功能的细胞色素c氧化酶Ⅳ亚型(COXⅣ)线粒体定位信号,并将COX-AIF克隆至pEGFP-N1和pDsRed1-N1载体,构建COX-AIF-GFP和COX-AIF-RFP融合表达载体;利用免疫印迹和激光共聚焦技术检测COX-AIF-GFP和COX-AIF-RFP的表达及其与线粒体的共定位;利用DCF染色和流式细胞技术检测A549细胞内过氧化物的水平。结果:表达了COX-AIF-GFP和COX-AIF-RFP融合蛋白,COX-AIF-GFP/RFP及AIF-RFP/RFP均定位于线粒体;与野生型AIF-RFP相比,COX-AIF-RFP可显著提高A549细胞的抗氧化应激能力。结论:AIF抗氧化应激能力依赖其在线粒体内膜的锚定。     

丙酮醛诱导细胞凋亡相关基因COX-VA的生物信息学分析

在用基因芯片技术检测丙酮醛诱导人牙周膜成纤维细胞凋亡的基因表达研究中,发现一个未知基因表现为显著下调,其名称是COX—VA,并推测该基因与细胞凋亡密切相关。因此利用生物信息学方法对COX—VA基因及其蛋白产物进行各种分析,发现COX—VA基因与细胞色素C氧化酶具有较高的相似性。COX—VA在细胞中低表达与丙酮醛造成线粒体DNA损伤所引发的细胞凋亡相关。     

叶用芥菜细胞质雄性不育相关基因orf 220的分子特性

采用榨菜细胞质雄性系为不育源,通过变种间杂交和回交的方法,转育叶用芥菜细胞质雄性不育种质。根据Brassica nap型细胞质雄性不育相关基因off222设计兼并引物,利用特异引物PCR方法,分别在不育源、F1、BC2以及BC3世代中扩增出一条600～700bp大小的特异条带,而在叶用芥菜保持系中无此条带,具细胞质基因遗传特性。进一步序列分析表明,此特异条带大小为663bp,具有起始密码子和终止密码子,编码220个氨基酸,定名为off220。同时,off220推导的氨基酸序列存在两个跨膜区,氨基端与Oenothera berteriana中的COXⅢ(线粒体细胞色素氧化酶复合体亚基)、萝卜中的ATP8(线粒体ATP酶复合体亚基)以及向日葵中的ORFB(ATP酶复合体α亚基相关)蛋白氨基端高度同源。RT-PCR方法分析表明,off220基因的表达为组成性表达,无器官特异性。     

细胞外钙调素诱导番茄悬浮细胞rbcS-3A基因表达(英文)

利用番茄 (LycopersicumesculentumMill.)悬浮培养细胞为材料 ,以3 2 P标记的寡核苷酸 (40bp)为探针检测了细胞外钙调素对番茄细胞rbcS_3A及rbcS_3C基因表达的影响。当向暗中培养的番茄悬浮细胞 (第 7天 )中加入外源纯化钙调素 (10 -7mol/L)并处理 2 4h后 ,rbcS_3A基因的表达明显增加 ,而相同浓度的S_10 0蛋白和BSA则没有作用。加入外源钙调素 (10 -7mol/L)对rbcS_3C基因的表达没有影响。上述结果表明细胞外钙调素对暗中培养的番茄rbcS基因的表达有调控作用 ,并且这种调控作用具有亚型特异性 ,即对番茄rbcS_3A基因的表达有诱导作用 ,而对番茄rbcS_3C基因的表达没有作用。     

人生长激素基因在哺乳动物培养细胞中的导入与表达

将小鼠金属硫蛋白I(MT—I)启动子置换人生长激素(hGH)基因的启动子,构建成MT—hGH嵌合基因。当与疱疹病毒胸腺嘧啶核苷激酶基因(tk)的质粒共转染小鼠L—tk-细胞,在tk⁺转化细胞中所整合的MT-hGH基因可被重金属镉诱导。获得可表达和分泌hGH的细胞株,其中一株hGH的产率为2．5μg／10⁶细胞／24h．所产生的hGH分子量为22000道尔顿,表明小鼠L一tk+细胞株能对外源hGH基因所产生的mRNA进行正确的加工并能删除激素原的信号肽。     

锌转运体Zip2对心肌缺血再灌注小鼠心肌线粒体呼吸的调控作用

本研究旨在探讨锌转运体Zip2 (SLC39A2)在心肌缺血再灌注(ischemia/reperfusion, I/R)过程中对线粒体呼吸的调控作用及其机制。通过冠状动脉左前降支结扎建立小鼠在体心肌I/R损伤模型,用电感耦合离子发射光谱仪(inductively coupled plasma-optical emission spectrometer, ICP-OES)测量心肌组织的锌含量,用高分辨呼吸测定系统(Oxygraph-2K)检测小鼠心肌线粒体呼吸功能和氧化磷酸化水平,采用Western blot技术检测小鼠心肌组织STAT3和ERK的磷酸化水平。结果显示:(1)与假手术组相比,野生型小鼠I/R心肌组织的锌含量明显降低,Zip2基因敲除小鼠I/R心肌组织的锌含量进一步降低;(2)与野生对照组相比,Zip2基因敲除组小鼠心肌线粒体呼吸控制率(respiratory control ratio, RCR)和氧化磷酸化水平降低,I/R后上述指标进一步降低;(3)与野生对照组相比,I/R后Zip2基因敲除组小鼠心肌组织STAT3 (Ser~(727))和ERK的蛋白磷酸化水平均明显降低;(4)与空载体感染组相比,I/R后STAT3感染组心肌线粒体呼吸功能明显提高,而STAT3负突变体感染组心肌线粒体呼吸功能则降低。STAT3过表达可逆转Zip2基因敲除对线粒体呼吸的抑制作用。以上结果提示,心肌I/R时Zip2通过STAT3来调控线粒体呼吸,其机制可能与STAT3 (Ser~(727))的磷酸化有关,这可能是Zip2保护心肌的分子机制之一。     

加速衰老小鼠脑组织中的衰老相关基因的表达

从分子水平上研究衰老对大脑的影响有助于揭示机体衰老的分子机理 ,也有助于揭示衰老相关性脑功能异常的发生过程。本研究应用DDRT PCR方法研究衰老相关基因在SAM (Senescence acceleratedmouse)小鼠脑组织中表达的变化情况。在SAMR1TA、SAMP8/Ta、SAMP1 0 /Ta三个品系中 ,通过比较不同鼠龄SAMP1 0 /Ta (2、 4、 1 2、 1 8月龄 )的基因表达情况 ,发现在 4月龄和 1 2月龄分别有一个差异表达片段 ;对不同鼠龄的SAMP8/Ta (2、 4、 1 1月龄 )经差显比较 ,发现在 2月龄和 1 1月龄各有一差异表达片段。在不同品系的比较中发现了 1 6个差异性片段 ,分别属于SAMP1 0 /Ta (3个 )、SAMP8/Ta (6个 )和SAMR1TA (7个 )。测序结果经检索显示 ,它们分别与下列基因转录产物同源 :热休克识别蛋白 70、ATP依赖性线粒体RNA螺旋酶、DleumRNA、小鼠X染色体RP2 3 334C4克隆DNA序列、还原型辅酶Q 细胞色素c还原酶复合物 7 2kD亚单位、 6 0S核糖体蛋白L2 1、FIS、苯基烷基胺钙离子拮抗物结合蛋白、岩藻糖基转移酶 9、胶质细胞源性神经营养因子家族受体α1、内切核酸酶 /逆转录酶、PER1蛋白相关超级融原核蛋白、中心体蛋白CG NAP、转铁蛋白重链基因、巢蛋白 2基因、DNA依赖性蛋白激酶催化亚单位基因 prkdc     

阻断RAS对HSkMCs细胞株细胞凋亡及Mfn2 表达的影响

目的:观察氯沙坦对高糖培养人骨骼肌细胞(Human skeletal muscle cells,HSk MCs)中线粒体融合蛋白2(mitofusin2,Mfn2)的表达及其对细胞凋亡的影响。方法:1.使用不同浓度的葡萄糖养基(葡萄糖浓度分别为5.55 mmol/L,11.1 mmol/L,22.2 mmol/L)分别培养HSk MCs细胞株48小时,检测各组细胞中血管紧张素Ⅰ型受体(Angiotensin II type I receptor,AT1R)基因、基因Mfn2的表达,并用流式细胞术检测细胞凋亡。2.根据1中实验结果,选择对Mfn2影响最大的葡萄糖浓度(此组葡萄糖浓度为22.2mmol/L)作为后续实验的条件。加入血管紧张素受体Ⅱ拮抗剂(Angiotensin Receptor Blockers,ARB)氯沙坦(Losartan),处理人骨骼肌细胞(HSk MCs)48 h,以未加氯沙坦为对照组,观察其对线粒体融合蛋白2(Mfn2表达的影响,并行流式细胞术检测细胞凋亡。结果:氯沙坦干预组HSk MCs细胞中Mfn2表达上调,细胞凋亡减少。结论:阻断肾素血管紧张素系统(Renin-angiotensin System,RAS)能上调HSk MCs细胞株中的Mfn2表达,并减少细胞凋亡。     

淀粉样肽Aβ导致线粒体功能紊乱的体内和体外研究

为探索阿尔茨海默症(AD)中β淀粉样肽(Aβ)对线粒体功能的影响,比较了稳定表达人野生型淀粉样前体蛋白(APP)的细胞和同时转入人Swedish突变APP及ΔE9突变PS1的双转细胞(swe.Δ9)的线粒体功能.结果发现,swe.Δ9细胞的线粒体膜电位、细胞色素c氧化酶活性、线粒体膜流动性、ATP含量均明显低于APP细胞,而APP细胞又明显低于对照的转入空质粒的细胞.在转基因小鼠上也得到类似结果:同时转入人Swedish突变APP和人PS1 M146V敲入的双转小鼠的细胞色素c氧化酶活性和ATP含量比只转入Swedish突变APP的Tg2576小鼠更低.结果证明了AD模型中线粒体功能损害程度与Aβ产量的正相关关系.     

丙型肝炎病毒5’非翻译区不同结构域对其启动子活性的影响

在前期工作已证实HCV基因组5’UTRDNA序列具有启动子活性的基础上,分别构建5’UTR不同结构域的DNA序列驱动虫荧光素酶基因表达的质粒pGL3-5’UTR,转染HepG2细胞以及用全长的5’UTRcDNA构建质粒分别转染HepG2、Hela、HEK293、L02细胞,用双荧光素酶检测系统检测虫荧光素酶的表达水平,逆转录聚合酶链反应检测虫荧光素酶基因mRNA水平,并与相应对照作比较。结果显示当四个结构域都具备时,荧光素酶相对活性为5.91±0.65,为SV40启动子的18.7%;失去结构域I以后,荧光素酶相对活性为9.52±0.32;失去结构域I和II以后,荧光素酶相对活性为2.64±0.25;失去结构域III和IV以后,荧光素酶相对活性为0.32±0.09;失去结构域IV以后,荧光素酶相对活性为2.72±0.45,逆转录聚合酶链反应结果与之相符;全长5’UTRcDNA在L02、hepG2、HEK293、Hela细胞中荧光素酶相对活性分别为0.75,0.49,0.23,0.14。结果提示结构域III是HCV5’UTRDNA序列具备启动子活性的核心结构,结构域I对其5’UTRDNA序列的启动子活性具有抑制效应,而结构域II和IV可增强5’UTRDNA序列的启动子活性;HCV5’UTRcDNA的启动子功能无组织特异性,但在正常的肝细胞(L02)中表达最高。     

真核细胞中铁硫簇的组装机制及相关铁硫蛋白疾病

铁硫簇是一类古老而功能众多的蛋白质辅基,在细胞中参与电子传递过程、酶促反应及感知内环境的变化而调节基因的表达等。虽然铁硫簇的组成元素和结构都较为简单,但是铁硫簇的组装是需多种组装蛋白参与、有序进行的催化反应。直至近几年,人们才逐渐阐明了在生命体中铁硫簇是如何组装并结合到未成熟的铁硫蛋白中的。如果线粒体中铁硫簇组装及转运过程发生障碍,将严重影响细胞内铁的稳态及铁硫蛋白的功能,由此可见,线粒体中铁硫簇的组装功能使得线粒体成为细胞中必不可少的一类细胞器。该文重点概述了近十年来真核生物中铁硫簇组装机制的研究进展并阐述线粒体铁硫簇组装在人体中的重要作用及其组装障碍所引起的疾病。