肿瘤细胞能量代谢中潜在的治疗靶点

细胞能量异常是肿瘤细胞的十大特征之一。快速增殖的癌细胞生长所需要的能量主要是由糖酵解而非氧化磷酸化提供,癌细胞这种特殊的糖代谢被称为Warburg效应。近年来肿瘤的靶向治疗成为研究的热点,异常的糖酵解、脂代谢和氨基酸代谢的过程涉及到大量的限速酶和关键酶,这些都是潜在的药物治疗靶点。本文仅围绕着调控癌细胞糖酵解进程中直接调控的关键酶和限速酶,脂代谢过程中脂肪酸合成酶和谷氨酰胺代谢过程中的谷氨酰胺酶进行分析和综述。     

斯氏假单胞菌A1501物质代谢及能量生成相关基因的分析

斯氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)A1501是一株分离自中国南方水稻根际土壤的联合固氮菌.该菌在无氨和微好氧条件下可将空气中的氮气转化为植物可以直接利用的铵.A1501基因组测定工作已经完成,根据A1501菌 基因组的功能注释对该菌的中心代谢、能量合成及环境适应性等方面进行了生物信息学分析.结果发现,A1501菌的物质代谢途径具有多样性,除不能利用EMP途径代谢己糖外,该基因组合有几乎所有编码Entner-Doudorff途径(ED)、磷酸戊糖途径(HMP)、糖酵解途径(EMP)、三羧酸循环(TCA)以及乙醛酸途径中关键酶类的基因.此外,基因组分析鉴定了252个与能量产生相关以及3套编码电子传递复合体(1个Nqr和2个Rnf复合体)的基因簇.为进一步研究A1501菌的碳代谢调控及C-N偶联机制提供了重要的理论依据.     

古菌RecJ蛋白的研究进展

RecJ蛋白属于aspartate-histidine-histidine (DHH)磷酸酯酶超家族,存在于细菌、真核生物和古菌中。细菌RecJ蛋白是一种5′→3′ssDNA外切酶,参与错配修复、同源重组、碱基切除修复等生物学过程。真核生物cell division cycle 45 (Cdc45)蛋白是细菌RecJ核酸酶的同源物,但不具有核酸酶活性。Cdc45蛋白能够与minichromosomemaintenance(MCM)和Go-Ichi-Ni-San(GINS)形成Cdc45-MCM-GINS (CMG)复合物,是真核生物DNA复制的重要组分。在古菌中,几乎所有基因组已测序的古菌均编码一种或多种RecJ蛋白同源物。与细菌RecJ核酸酶不同,古菌RecJ蛋白具有多样化的核酸酶活性,并且能够与MCM和GINS形成类似于真核生物CMG的复合物。因此,古菌RecJ蛋白是参与古菌DNA复制、修复和重组的重要成分。基于目前古菌RecJ蛋白的研究报道,本文综述了古菌RecJ蛋白的活性、结构与功能方面的研究进展,聚焦于不同古菌RecJ蛋白以及它们与细菌RecJ核酸酶和真核生物RecJ同源物的...     

细菌mRNA的降解机制

在细菌中,mRNA降解具有重要的意义,它不仅可以再循环核苷酸,而且还可以根据生长条件的变化调控基因表达.细菌mRNA的降解机制可以分为3种：① mRNA的一般降解途径|② mRNA的质量控制途径|③ 小RNA介导的降解途径. 这些途径有些与真核生物的mRNA降解途径存在很大差异,有些在真核生物中消失了. 另外,mRNA降解途径还可以直接调控细菌致病因子的表达,这使得细菌mRNA的降解途径很有希望成为药物研发的新靶标,或疫苗制备的新平台,以应对越来越严重的细菌耐药性问题.本文综述了细菌mRNA的降解机制,并对其应用前景进行了展望.     

体外培养的哺乳动物细胞的葡萄糖和谷氨酰胺代谢

综述体外培养哺乳动物细胞的葡萄糖和谷氨酰胺代谢。大部分的葡萄糖通过糖酵解途径为细胞提供中间代谢物质和能量 ,最终生成乳酸 ,只有很少部分进入TCA循环和磷酸戊糖途径。谷氨酰胺通过谷氨酰胺酶生成谷氨酸 ,并进一步通过谷氨酸脱氢酶或转氨酶生成α -酮戊二酸进入TCA循环 ,为细胞提供中间代谢物质和能量。糖酵解和谷氨酰胺代谢 (glutaminolysis)受葡萄糖和谷氨酰胺的影响而相互调节。     

病毒感染影响宿主细胞葡萄糖代谢研究进展

病毒挟持宿主细胞代谢以实现自身的复制和增殖,糖类作为宿主细胞最主要能量来源及大分子物质合成重要碳源,在病毒增殖过程中其代谢受到严密调控。本文从病毒感染影响葡萄糖转运、糖代谢(糖酵解、磷酸戊糖途径、糖异生)以及胰岛素信号通路等3个方面概述病毒感染影响宿主细胞葡萄糖代谢研究进展,以期为病毒影响细胞葡萄糖代谢研究提供参考。     

具有真细菌和真核生物融合特征的古生菌转录系统

古生菌是一类区别于真细菌和真核生物的第三域生命形式 ,转录是生物体遗传信息传递系统中的一个中心环节。近年来研究结果表明 ,古生菌的转录系统具有真细菌和真核生物的融合特征 :古生菌的基本转录装置包括RNA聚合酶、基本转录因子、启动子元件等与真核生物相似 ;而古生菌的转录调控机制却更加类似于真细菌 ,在古生菌中发现并鉴定了许多类似于真细菌的转录调控蛋白。另外古生菌还具有某些独特的转录调控方式     

细胞糖代谢方式改变与肿瘤转移的相关性

肿瘤转移是引起肿瘤相关死亡的主要原因,肿瘤细胞的代谢异常在肿瘤转移中扮演重要角色。肿瘤的糖代谢以“Warburg效应”为显著特征,即细胞在有氧条件下也以糖酵解为主要糖代谢途径提供能量。而这种现象在转移性肿瘤细胞中更为突出,表现为葡萄糖的大量摄取、高糖酵解速率和核酸合成速率等,这为肿瘤细胞的快速生长和增殖提供了重要的能量和物质基础。对于肿瘤转移过程中相关代谢改变的研究,将为最终揭示肿瘤转移的机制打下基础。本文综述肿瘤细胞糖代谢中糖酵解、线粒体有氧代谢及磷酸戊糖途径中的变化与肿瘤转移发生的相关性,其结果为进一步从调控肿瘤代谢角度发现新的肿瘤转移控制手段提供了启示。     

氢营养型产甲烷代谢途径研究进展

产甲烷古菌是一类极端厌氧的古菌域微生物,可以利用CO_2、甲醇、乙酸等简单化合物产甲烷并获得能量。目前能够培养的氢营养型(CO_2/H_2)产甲烷古菌的种类较多,而且在三类产甲烷代谢类型中,氢营养型产甲烷途径的产能效率最高,并具有多种模式的特殊能量利用系统。近年来,随着质谱、光谱和晶体技术的发展与运用,人们对产甲烷代谢途径的研究进一步深入,尤其是对氢营养型产甲烷途径的生化机制有了新的认识,揭示了产甲烷古菌在能量极限条件下独特、高效的能量利用模式。本文从能量储存、代谢途径、蛋白功能与催化机制等方面概述产甲烷古菌利用CO_2/H_2产甲烷的详细过程,并对产甲烷古菌代谢途径的研究方向与技术发展进行展望。     

典型淹水稻田土壤微生物群落的基因转录活性及其主要生理代谢过程

【目的】利用环境转录组技术,研究复杂稻田土壤中微生物群落主要生理代谢过程的基因表达水平及其对长期施氮磷钾肥(Mineral nitrogen,phosphorus,and potassium,NPK)的响应规律。【方法】针对中国科学院常熟农田生态系统长期定位试验的NPK施肥处理和不施肥对照处理(Control check,CK)稻田土壤,淹水培养2周后提取土壤微生物总RNA进行高通量转录组测序,利用MG-RAST网络分析平台(Metagenomics Analysis Server)进行活性微生物组成分析、基因功能注释及基因功能分类。【结果】细菌是CK和NPK处理稻田土壤微生物的优势类群,占比高达95%以上,细菌中的活性基因主要源于变形菌门(Proteobacteria,占细菌的50%以上)。同时也检测到古菌、真核生物和病毒等多种微生物的活性基因,而古菌中的活性基因主要源于奇古菌门(Thaumarchaeota,约占古菌的70%)。酸杆菌门(Acidobacteria)在NPK处理土壤中的转录活性显著高于CK处理土壤,而其他的细菌及古菌类群的转录活性在CK和NPK处理土壤间无显著性差异。CK和NPK处理土壤中表达量最高的基因是ABC transporter编码基因,与物质跨膜运输紧密相关。基于COG(Clusters of Orthologous Genes)、Subsystem、KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)3种基因功能分类数据库,发现CK和NPK处理土壤中微生物的主要代谢活动均为能量产生与转化、碳水化合物代谢、蛋白代谢和氨基酸代谢,而最活跃的代谢路径为氧化磷酸化及氨酰-tRNA合成。【结论】淹水状态下CK和NPK处理稻田土壤中的活性微生物组成较为一致,仅Acidobacteria的转录活性在两者间差异较大;在微生物的主要代谢活动方面,CK和NPK处理土壤之间基本一致,均以能量获取与蛋白代谢为主,长期施用无机化肥对复杂土壤微生物群落水平的主要代谢活动影响较小。     

细菌RNA稳定性调控相关元件的研究进展

RNA降解体（细菌RNA降解的主要执行者）是一种多亚基的蛋白质复合物,主要由RNA解螺旋酶、聚核苷酸磷酸化酶（polynucleotide phosphorylase,PNPase）、内切核酸酶（ribonuclease E,RNase E）以及糖酵解途径中的烯醇化酶、磷酸果糖激酶等组成,参与核糖体RNA（ribosome RNA,rRNA）的加工以及信使RNA（messenger RNA,mRNA）的降解。此外,RNA分子伴侣Hfq和调控小RNA（small RNA,sRNA）在RNA稳定性调控中也发挥着重要作用。综述了细菌RNA稳定性调控相关功能元件,特别是降解体蛋白及RNA分子伴侣Hfq的最新进展,以期为研究细菌RNA稳定性及其参与的代谢调控提供理论参考。     

古菌蛋白激酶的研究进展

磷酸化是蛋白质翻译后修饰(post-translational modification)的主要方式,可由蛋白激酶、磷酸转移酶、磷酸化酶等多种方式催化进行。其中,由蛋白激酶(protein kinases)/磷酸酶(protein phosphatases)介导的可逆的蛋白磷酸化是细胞中信号转导的重要机制,在DNA复制、转录、蛋白质翻译、DNA损伤修复等生命过程中起广泛的调节作用。目前,古菌中蛋白激酶的研究尚属于初期阶段。虽然磷酸化蛋白质组学研究表明,古菌中存在大量的磷酸化蛋白质,但是我们对其具体催化作用的酶及调控机制尚不清楚。本文总结了古菌中已报道的蛋白激酶所参与的生命过程,包括古菌的DNA代谢、细胞代谢、细胞周期和运动机制等四个方面,并对今后的研究提出展望。     

线粒体与多潜能干细胞功能

线粒体是细胞内重要的细胞器,主要功能是通过氧化磷酸化为细胞生命活动提供能量。近年来,研究表明,在多潜能干细胞（Pluripotent stem cells, PSCs）中线粒体表现出独有的特征,即在多能性状态下,PSCs主要依靠糖酵解提供能量,其分化期间线粒体氧化磷酸化代谢能力逐渐增强。相反,体细胞重编程为多潜能干细胞期间,线粒体氧化磷酸化向糖酵解途径的转变是其成功重编程必需的代谢过程。另外,线粒体通过生物合成和形态结构的动态重塑维持了PSCs多能性、诱导分化及诱导多能干细胞（Induced pluripotent stem cells, iPSCs）的重编程。因此,本文综述了PSCs线粒体形态结构及其在调控PSCs多能性、合成代谢、氧化还原状态的平衡、分化及重新编程中的作用,为深入了解线粒体调控PSCs功能的作用提供理论基础。     

PKM2在肿瘤形成中的作用及其活性调节

肿瘤细胞利用有氧糖酵解将葡萄糖转变为细胞代谢及增殖所需的物质,如核苷酸、氨基酸和脂质等,并产生ATP。丙酮酸激酶是糖酵解途径中的限速酶,催化磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸。其四种同工酶之一PKM2(pyruvate kinase M2),由四个亚基组成,有单体、二聚体及四聚体等多种存在形式。其中,PKM2四聚体活性最强,能促进葡萄糖通过氧化磷酸化彻底氧化分解生成ATP,而其二聚体则促进Warburg效应,即葡萄糖的有氧酵解。两者之间的平衡在肿瘤形成中起到了很重要的作用,同时也受到一系列因子的调控。该文就PKM2在肿瘤代谢中的作用及其活性调节作一介绍。     

基于转录组与翻译组的海洋食烷菌(Alcanivorax)烷烃代谢调控研究

【目的】食烷菌是海洋烃类降解优势菌,其烷烃代谢调控机制有待深入研究。本研究拟从食烷菌转录和翻译水平上认识烷烃降解的调控过程。【方法】分别以乙酸和正十六烷(C16)为唯一碳源与能源,获取柴油食烷菌(Alcanivorax dieselolei) B5菌株的转录组和翻译组数据,并整合数据计算得到该菌在2种碳源培养条件下基因的翻译效率。采用基因本体论(gene ontology, GO)和京都基因和基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes, KEGG)对差异翻译和翻译效率基因进行功能和代谢通路注释。【结果】当以C16为唯一碳源与能源时,B5菌株烷烃代谢途径的关键基因在转录与翻译水平均大量提升,包括烷烃单加氧酶、细胞色素P450氧化酶、醇脱氢酶和醛脱氢酶等。KEGG富集结果表明,翻译水平显著上调基因参与了肽聚糖生物合成、脂肪酸降解、氯代烷烃降解、氧化磷酸化和生物膜形成等通路;翻译效率差异基因主要富集在铁载体非核糖体肽的生物合成、氧化磷酸化和不饱和脂肪酸的生物合成等途径。通过转录组和翻译组学的联合分析显示,为了适应烷烃氧化,B5有效地协调了转...     

基于有氧糖酵解的天然小分子抑制剂的研究进展CSCD

有氧糖酵解作为恶性肿瘤最显著的能量代谢特征之一,肿瘤细胞中大约有50%的ATP是通过有氧糖酵解途径合成的,同时糖酵解过程中产生的各种中间代谢产物也是合成蛋白质等生物大分子重要的原料来源。此外酵解途径导致的乳酸增加为肿瘤细胞提供了一个酸性成长环境,有利于其浸润和转移,因此其在维持肿瘤细胞能量需求、合成代谢平衡和肿瘤浸润和转移方面发挥着重要作用。研究表明有氧糖酵解的过程与葡萄糖转运蛋白、己糖激酶、丙酮酸激酶、磷酸果糖激酶等密切相关。目前靶向有氧糖酵解相关转运蛋白和关键限速酶已经成为抗肿瘤药物研发的有效途径,本文对目前天然产物中靶向有氧糖酵解相关蛋白的小分子抑制剂研究最新进展及作用机理进行总结,以期为相关领域药物研究人员提供新的思路和参考。     

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。     

细菌降解多环芳烃上游途径的遗传学研究进展*

多环芳烃是一类毒性较大的环境污染物。微生物降解和转化是消除此类污染物的理想方法,已发现多种细菌具有这种功能。主要针对细菌在多环芳烃降解中上游途径的代谢酶及基因簇的组成进行综述,阐述了酶的遗传学特点,并探讨了PAHs代谢基因的进化。这有助于了解PAHs的细菌降解机制,并为有效实施生物修复提供理论依据。     

3.偶联膜的组成和功能

在第2章中,我们已经了解到,构成呼吸作用的氧化一还原反应,是在严格规定的顺序中进行的。从这一方面来说,它们类似于糖酵解、三羧酸循环或脂肪酸氧化循环的多酶途径。然而,又与这些过程不同,呼吸作用和氧化磷酸化是完全与膜相结合的,它们发生于需氧性真核生物的细胞线粒体内膜中,以及细菌的原生质膜中。由于这些膜将呼吸与ATP的合成(以及其它耗能反应)相偶联,因此,通常称     

细菌降解多环芳烃上游途径的遗传学研究进展

多环芳烃是一类毒性较大的环境污染物。微生物降解和转化是消除此类污染物的理想方法,已发现多种细菌具有这种功能。主要针对细菌在多环芳烃降解中上游途径的代谢酶及基因簇的组成进行综述,阐述了酶的遗传学特点,并探讨了PAHs代谢基因的进化。这有助于了解PAHs的细菌降解机制,并为有效实施生物修复提供理论依据。