氧化还原信号转导的分子机制

氧化还原调控参与多种生物学过程,包括细胞增殖、分化和凋亡等的细胞信号转导和基因表达调控,因而在细胞生命活动中扮演着非常重要的角色。细胞内各种氧化还原介质,如活性氧(reactive oxygen species,ROS)和活性氮(reactive nitrogen species,RNS)等,能对多种蛋白质在半胱氨酸残基上进行可逆性修饰。ROS或RNS对靶蛋白的氧化还原修饰方式主要有巯基／二硫键转换反应、S-亚硝基化及谷胱甘肽化等,这些修饰方式构成了胞内氧化还原信号转导的主要机制。     

二氢硫辛酰转乙酰基酶通过乙酰化磷酸葡糖酸脱氢酶促进核酸合成

丙酮酸脱氢酶复合物(pyruvate dehydrogenase complex,PDC)是位于线粒体内的多酶复合物,催化丙酮酸不可逆地氧化脱羧转为乙酰辅酶A,二氢硫辛酰转乙酰基酶(dihydrolipoyl acetyltransferase,DLAT)是PDC的1个亚基.PDC在细胞线粒体呼吸中发挥关键作用.但是D...     

PINK1/Parkin通路在线粒体自噬氧化损伤中的作用

线粒体是细胞进行氧化还原反应的主要场所,其数量、质量和功能的完整性对调节细胞内环境稳态和维持细胞正常生理功能发挥着重要作用。当机体受不利环境影响时,体内产生活性氧类(reactive oxygen species,ROS)和活性氮类(reactive nitrogen species,RNS)的水平显著增加,导致线粒体结构紊乱与功能障碍,引发机体氧化损伤,并且激活PINK1(PTEN induced putative kinase 1)/Parkin信号通路诱导的线粒体自噬,该通路同时也参与了细胞氧化损伤过程。该文从ROS与氧化应激、PINK1/Parkin通路与线粒体自噬及氧化损伤等方面展开,重点概述了PINK1/Parkin通路调控线粒体自噬在氧化损伤中的作用,为抗氧化产品的研发和机体氧化损伤相关疾病的防治提供新的思路与科学依据。     

红细胞型一氧化氮合酶(RBC-NOS)依赖的细胞骨架蛋白S-亚硝基化可提高红细胞变形性

<正>一氧化氮(NO)作为近年来细胞信号转导通路中的明星分子,已被证实在多种细胞代谢及生理功能方面发挥着重要调控作用,其中一个主要调控机制即NO对蛋白质的S-亚硝基化修饰。S-亚硝基化指NO与靶蛋白酪氨酸残基相互作用并生成S-亚硝基(S-NO)基团的一种翻译后修饰。最近,德国体育大学分子细胞运动医学系的Marijke Grau等发现,红细胞中RBC-NOS合成的NO对红细胞骨架蛋白α-和β-血影蛋白有S-亚硝基化修饰作用,并能够提高红细胞变形能力。红细胞的变形性使其能够穿过口径狭小的毛细血管从而运载氧气到组织各处,变形性的下降可引起多种疾病。早期研     

抗菌肽CGA-N12诱导的活性氧打开热带念珠菌线粒体通透性转换孔

嗜铬粒蛋白A-N12(chromogranin A-N12,CGA-N12)是衍生自人嗜铬粒蛋白A的N-端抗念珠菌肽,由第65至76位氨基酸组成。前期研究表明,CGA-N12能够降低热带念珠菌线粒体膜电位,诱导线粒体依赖性细胞凋亡。有文献报道,线粒体通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore, mPTP)蛋白质复合物上的二硫键和自由巯基的氧化还原状态对mPTP开关具有调节作用。本文研究了CGA-N12对热带念珠菌细胞内活性氧(reactive oxygen species, ROS)聚集、DTT还原作用下CGA-N12对线粒体膜去极化、线粒体肿胀、Ca~(2+)泄露等的影响,以期阐明CGA-N12诱导mPTP打开的分子机制。结果发现,CGA-N12使细胞内活性氧聚集,线粒体膜电位降低,线粒体肿胀,但DTT可通过还原作用抑制CGA-N12诱导线粒体产生的上述现象。结果表明,CGA-N12通过诱导ROS维持mPTP蛋白质复合物上的二硫键和巯基的氧化状态打开mPTP,提高线粒体膜通透性,使线粒体膜电位耗散。该研究结果为阐明CGA-N12对热带念珠菌的凋亡机制提供了理论依据。     

慢性间断低氧暴露对大鼠心肌线粒体ATP酶及吸链酶复合物的影响

目的:研究慢性间断低氧暴露对大鼠心肌线粒体Na 、K -ATPase和Ca2 、Mg2 -ATPase以及呼吸链酶复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ活性的影响.方法:经慢性间断低氧暴露(模拟海拔3 000 m、5 000 m分别低氧,每天4 h,共2周,最后8 000 m低氧4 h)和急性低氧(模拟海拔8 000 m低氧4 h)的大鼠,断头处死,迅速取出心脏,分离心肌线粒体,用水解磷酸根法测定ATP酶活性,用Clark氧电极法测定呼吸链酶复合物的活性.结果:①慢性间断低氧暴露对大鼠心肌线粒体Na 、K -ATPase的活性无明显影响.②急性低氧大鼠心肌线粒体Ca2 、Mg2 -ATPase的活性较正常大鼠显著降低,而慢性间断低氧暴露大鼠心肌线粒体Ca2 、Mg2 -ATPase的活性则明显升高,接近正常水平.③急性低氧大鼠心肌线粒体呼吸链酶复合物I(NADH-CoQ还原酶)、复合物Ⅱ(琥珀酸-CoQ还原酶)、复合物IV(细胞色素氧化酶)活性较正常大鼠显著降低,而经慢性间断低氧暴露后,三者的活性均显著提高.相同实验条件下,低氧对复合物Ⅲ(CoQ-细胞色素C还原酶)活性无明显影响.结论:慢性间断低氧暴露可以显著提高心肌线粒体Ca2 、Mg2 -ATPase和呼吸链酶复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的活性,从而改善低氧时心肌线粒体呼吸链的功能,维持心肌正常能量代谢,最终提高心肌收缩和舒张功能.     

酿酒酵母胞质内NADH的代谢调控

酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的生长过程有大量的胞内NADH产生。有氧途径中,胞外的NADH脱氢酶、三磷酸甘油穿梭酶系是线粒体内NADH氧化的最主要机制。该文主要讨论以下三个方面的内容:不同生理环境下促成线粒体胞内NADH氧化的各主要机制的作用;借助电子传递链开启NADH从胞质脱氢酶到线粒体的通道,各代谢动力学的有序进行;各种酶形成超分子复合物,尤其是起关键调控作用的酶形成具相似生理功能的高整合性功能酶。     

蛋白质巯基亚硝基化参与调控一氧化氮介导的心肌缺血预适应

一氧化氮（nitricoxide,NO）作为一种重要的信使分子参与缺血预适应（ischemic preconditioning,IPC）心肌保护。目前普遍认为NO通过经典的NO／cGMP依赖的信号转导途径调节线粒体ATP敏感性钾（ATP-sensitive potassium,KATP通道来发挥其保护作用,然而越来越多的数据表明NO还可能通过蛋白质巯基亚硝基化（S-nitrosylation）来发挥生理功能。蛋白质巯基亚硝基化,即蛋白质半胱氨酸巯基与NO基团形成共价键,是一种氧化还原依赖的蛋白质翻译后可逆修饰。蛋白质巯基亚硝基化不仅可以改变蛋白质的结构和功能,而且还可以阻抑目标半胱氨酸的进一步氧化修饰。IPC增加S-亚硝基硫醇（S-nitrosothi01）含量,引起蛋白质巯基亚硝基化。S-亚硝基硫醇还能发挥药理性预适应作用,抵抗心肌缺血,再灌注损伤。因此,蛋白质巯基亚硝基化是IPC心肌保护的一种重要途径,参与抵抗细胞内氧化应激和亚硝化应激（nitrosative stress）。     

植物亚硝基谷胱甘肽还原酶在胁迫反应中的作用研究

信号分子一氧化氮(Nitric oxide,NO)参与植物的许多生理反应过程,例如:萌发、气孔的关闭、侧根的发育以及生物与非生物的胁迫反应过程等,主要的调控形式是与半胱氨酸上的硫基发生可逆的S-亚硝基化作用。NO的半衰期很短,这限制了它在细胞中的生理功能,与胞内含硫基的分子形成的S-亚硝基硫醇(S-nitrosothiols,SNOs)的化学性质稳定,在植物的生长发育及抗逆过程中SNOs参与NO的运输、扩散、储存以及蛋白的翻译后修饰过程。谷胱甘肽(Glutathione,GSH)与NO发生S-亚硝基化作用形成S-亚硝基谷胱甘肽(S-nitrosoglutathione,GSNO),GSNO作为NO的储存与转运形式,可以把NO转到靶蛋白上,使靶蛋白发生亚硝基化。亚硝基谷胱甘肽还原酶(S-Nitrosoglutathione reductase,GSNOR)是生物体中的一类保守蛋白,通过还原亚硝基谷胱甘肽从而调节细胞内NO及亚硝基硫醇(S-nitrosothiols,SNOs)水平,保护机体免受亚硝化的胁迫,间接的调控的细胞的氧化状态。GSNO是一个天然的NO储存库,GSNOR是调节机体亚硝基化水平的关键基因。主要对GSNOR参与的植物生长发育、生物与非生物胁迫等过程进行了概述,探讨GSNOR在植物生长发育及胁迫反应中的作用机制,将有助于我们对NO生理功能的了解,旨在为将来GSNOR的研究提供理论参考和思路。     

线粒体功能障碍在缺氧性肺动脉高压中的作用

在肺循环中,线粒体除了发挥典型的代谢作用外,还具有调节氧化还原信号、细胞周期、细胞凋亡以及线粒体质量控制等非典型功能。目前,对线粒体在肺循环中的非典型功能及其响应缺氧的作用机制的研究有限,需要对肺动脉高压的生物学标志物和治疗靶点有更多的了解。阐述了缺氧诱导的活性氧(reactive oxygen species,ROS)产生和细胞内钙离子浓度增加,以及缺氧对丙酮酸脱氢酶激酶和丙酮酸激酶M2型表达的影响,总结了线粒体融合和分裂在肺动脉平滑肌细胞增殖、抗凋亡表型等方面的作用,探讨了缺氧对线粒体活性、细胞行为以及线粒体功能障碍对肺动脉高压进展的影响。深入了解调控线粒体氧化信号、代谢和动态平衡的分子机制对研究和治疗肺动脉高压具有重要意义。     

硫化氢调节植物氧化应激响应的作用机制

氧化应激是一种氧化还原失衡的状态，易引起生物体组织细胞发生氧化损伤。通过激活抗氧化系统调节氧化还原平衡是生物体内普遍存在的氧化应激响应机制。硫化氢(hydrogen sulfide, H₂S)是生物体内重要的信号分子，它能通过多种途径调节机体生理反应和胁迫响应。本文综述了植物中H₂S的产生途径，H₂S常见供体的特性，H₂S、活性氧(reactive oxygen species, ROS)和活性氮(reactive nitrogen species, RNS)在调节植物氧化应激响应中的研究进展；重点讨论了H₂S调节植物氧化应激响应的方式，及其与ROS和RNS在植物氧化还原平衡调节中的相互作用调控，为理解植物氧化应激响应过程中信号分子的作用机制提供参考。     

硫化氢介导的S-巯基化修饰及其化学检测技术

硫化氢(hydrogen sulfide, H₂S)是继一氧化氮和一氧化碳之后的第3种内源性气体信号分子,通过影响细胞信号通路调节机体各个系统,具有广泛的生理和病理作用。近年的研究发现,H₂S的作用主要通过对靶蛋白进行S-巯基化修饰,改变其结构,影响其活性、稳定性以及蛋白质之间互相作用,进而调控细胞内信号通路及相关生物学过程。本文基于国内外对S-巯基化修饰的研究,主要综述了：S-巯基化修饰的研究现状,详细总结了目前已揭示S-巯基化修饰及其具体半胱氨酸(cysteine, Cys)位点的研究,并进一步总结了S-巯基化修饰与S-亚硝基修饰之间的关系;S-巯基化修饰的反应类型,3种化学检测(马来酰亚胺法、改良生物素转换法和标记转换法)方法的检测原理和特点,通过S-巯基化修饰检测的条件和应用范围,将这3种方法进行对比,并对各方法在检测过程中应注意的事项进行了讨论。根据作者在S-巯基化修饰研究方面积累的经验,重点阐述马来酰亚胺法检测过程中,细胞和组织样品的制备及其较详细的实验步骤。此外,本文还讨论了当前S-巯基化修饰检测方法存在的不足及该领域未来亟待解...     

异柠檬酸脱氢酶2突变或诱导机体产生肉瘤

<正>线粒体内依赖辅酶NADP+的异柠檬酸脱氢酶2(IDH2)在新陈代谢中起重要作用,IDH2催化异柠檬酸脱氢生成α-酮戊二酸(αKG),参与三羧酸循环。而当其发生突变时,IDH2则催化异柠檬酸生成2-羟戊二酸(2HG),并竞争性抑制αKG的DNA-组蛋白脱甲基酶,导致细胞分化功能受损。美国宾夕法尼亚大学Lu等人通过全组基因甲基化水平测定,发现IDH2突变通过甲基化DNA CpG岛产生致癌作用,但     

灵芝孢子和L-NNA对脊髓损伤后背核线粒体细胞色素氧化酶活性的影响

目的探讨灵芝孢子和一氧化氮合酶 (NOS)抑制剂L-NNA联合应用对大鼠脊髓半横断后受损伤的背核线粒体细胞色素氧化酶活性的影响.方法将20只SD成年雌性大鼠(200-250g)行右侧T11脊髓半横断30d后,对受损伤脊髓做细胞色素氧化酶酶组化染色;用图像分析方法检测L1脊髓段背核线粒体细胞色素氧化酶活性的变化,用酶组化电镜技术观察L1脊髓段背核细胞色素氧化酶活性的分布位置.结果与对照组相比,L-NNA组和灵芝孢子组L1脊髓损伤侧背核线粒体细胞色素氧化酶活性有所提高,灵芝孢子 L-NNA组损伤侧背核线粒体细胞色素氧化酶活性最大.各组L1脊髓背核细胞色素氧化酶活性均出现在线粒体内,具有细胞色素氧化酶活性的线粒体存在所有神经元胞体及其树突和轴突内,也存在于神经胶质细胞胞体及其突起内.结论灵芝孢子和L-NNA均可提高大鼠脊髓半横断后受损伤的脊髓背核线粒体细胞色素氧化酶的活性,两者联合应用更能提高受损伤的背核线粒体细胞色素氧化酶的活性.     

应用单克隆抗体鉴定人类肝脏线粒体蛋白质组中的抗原优势蛋白

对线粒体蛋白质组的鉴定和分析有助于理解线粒体的功能和相关疾病的发病机制, 包括能量代谢、凋亡、自由基产生、产热作用、钙离子信号通路等. 本实验旨在鉴定人类肝脏线粒体蛋白质组中的抗原优势蛋白. 用线粒体蛋白质作为免疫原, 经过细胞融合、筛选和克隆, 制备了240多个单克隆抗体杂交瘤细胞系. 单克隆抗体识别的线粒体蛋白抗原通过人类肝脏cDNA表达文库筛选方法鉴定, 相应的线粒体蛋白质的亚细胞定位通过免疫组化证实. 发现了肝脏线粒体中6个抗原优势蛋白, 分别被至少两种特异性的单克隆抗体所识别. 这6个蛋白分别是乙酰辅酶A酰基转移酶(线粒体3-酮酯酰辅酶A硫解酶)2、醛脱氢酶1家族A1、氨甲酰磷酸合成酶1、二氢硫辛酰胺S乙酰转移酶(丙酮酸脱氢酶复合物的E2组分)、烯酰辅酶A水合酶1和羟基类固醇(11β)脱氢酶1. 这些单克隆抗体有望应用于人类肝脏蛋白质组计划的相关研究, 如去除优势蛋白、蛋白与蛋白之间相互作用的研究和验证等.     

脉冲电流经皮刺激肝区对运动性疲劳大鼠肝脏线粒体呼吸链酶复合物活性的影响

目的:探讨脉冲电流经皮刺激肝区对运动性疲劳大鼠肝脏线粒体呼吸链酶复合物(I~IV)活性的影响。方法:选取健康8周龄Wistar雄性大鼠80只为实验对象,将实验动物随机分为安静对照组(A组)、疲劳对照组(B组)、疲劳前刺激组(C组)、疲劳后刺激组(D组),造模成功后分别在1、3、5周末分批处死。采用分光光度法测定1、3、5周各组动物的肝脏线粒体呼吸链酶复合物(I~IV)活性,大鼠肝脏线粒体蛋白定量用Bradfood蛋白定量法测定。结果:第3、5周末D组和B组、C组大鼠游泳力竭时间差异比较具有统计学意义(P0.05)。A组、C组及D组大鼠肝脏线粒体呼吸链酶复合物(I~IV)活性水平在第3、5周末均高于B组(P0.05)。D组大鼠肝脏线粒体呼吸链酶复合物(I~IV)活性水平在第3、5周末均高于C组(P0.05)。结论:脉冲电流经皮刺激运动性疲劳大鼠肝区可以提高其氧化呼吸链酶复合物(I~IV)的活性水平。     

超氧化物歧化酶翻译后修饰的研究进展

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)是生物体内存在的一种抗氧化金属酶,它能够催化超氧阴离子自由基歧化生成氧(O₂)和过氧化氢(H₂O₂),在机体氧化与抗氧化平衡中起到至关重要的作用,且与很多疾病的发生、发展密不可分。对SOD的活性调节一直是研究热点,大多数研究都集中在转录水平(基因表达)和翻译水平(酶蛋白合成)两个方面。随着研究的深入,发现蛋白质翻译后修饰(PTM)对SOD的酶活性有重要影响。近年来,研究蛋白质翻译后修饰对SOD的酶活性的影响越来越受到重视。总结了硝基化、磷酸化、S-谷胱甘肽化、糖基化、乙酰化、次磺酸化、亚磺酸化、SUMO化等几种SOD翻译后的修饰方式,讨论了修饰后对SOD酶活性的影响和生理意义,并对SOD翻译后修饰的发展及面临的挑战进行了展望,为相关疾病的研究、治疗及靶向药物的研制提供了理论基础。     

活性氧参与-氧化氮诱导的神经细胞凋亡

采用激光共聚焦成像技术,用氧化还原敏感的特异性荧光探针(DCFH-DA和DHR123)直接研究了一氧 化氮供体S-亚硝基-N-乙酰基青霉胺(SNAP)诱导未成熟大鼠小脑颗粒神经元凋亡过程中的细胞胞浆、线粒体 中活性氧水平的变化,发现神经细胞经0.5mmol/LSNAP处理1h后,细胞胞浆及线粒体中活性氧水平大大增 加.一氧化氮清除剂血红蛋白能够有效抑制细胞胞浆、线粒体中活性氧的产生,防止细胞凋亡.外源性谷胱甘 肽对细胞也具有良好的保护作用,而当细胞中谷胱甘肽的合成被抑制后,一氧化氮的神经毒性大大增强.实验 结果表明一氧化氮通过促进神经细胞产生内源性活性氧而启动细胞凋亡程序,而谷胱甘肽可能是重要的防止一 氧化氮引发神经损伤的内源性抗氧化剂     

硫胺素通过提高线粒体氧化状态促进植物快速响应外界胁迫的研究

硫胺素在植物应对环境胁迫刺激及植物免疫方面发挥的作用越来越受到人们的关注。本文主要研究了硫胺素对线粒体氧化还原状态的调节作用。研究发现硫胺素可以提高线粒体的氧化状态,这一效应具有浓度依赖性,当硫胺素浓度高于1mmol／L时较为明显。此外,硫胺素还可增强植物细胞线粒体丙酮酸脱氢酶（PDH）的活性。并且在应对铝、镉胁迫时,硫胺素预处理组能较快促进活性氧的进发。线粒体氧化状态的提高对细胞应对胁迫因子刺激,较快释放活性氧从而激活下游信号具有重要意义。     

旋光异构体棉酚对精子脱氢酶的影响

本研究采用组织化学方法,比较了左旋(-)、右旋(+)及消旋(±)棉酚,对人和豚鼠离体精子以及喂服三型棉酚4或8周的大鼠精子五种脱氢酶(乳酸脱氢酶LDH、苹果酸脱氢酶MDH、异柠檬酸脱氢酶ICDH,甘油3-磷酸脱氢酶G3-PDH和α-羟戊酸脱氢酶VDH)的影响。并将酶活性用细胞光度计做了定量测定。体外实验结果表明:相同剂量的(一)棉酚与(+)棉酚相比,前者对酶活性、精子形态及线粒体结构影响更加明显。两种棉酚之间的酶活性改变有统计学意义。在体实验中,比较三型棉酚对动物健康状况、精子数量、活动率和形态变化的影响,发现(+)棉酚不是一种有效的抗生育制剂。 (±)和(一)棉酚在产生抑精效应的同时,(±)棉酚毒性较大,表现为动物体重下降,精子数量甚少。(一)棉酚具有两倍于(±)棉酚的抑精作用,是一种高效低毒的酚类化合物。本文还就线粒体结构损伤与酶活性改变的关系,以及棉酚的作用机理作了讨论。