用于细胞核钙成像的新型钙指示剂的构建与鉴定

细胞核钙离子是基因转录等细胞核反应过程重要的调控因子.然而,细胞核内钙离子信号的调控机制尚不清楚.缺乏稳定的、敏感的细胞核钙指示剂,是导致其调控机制难以研究的重要原因之一.针对这一问题,设计了能够在细胞核内特异性表达的、具有核定位功能的钙指示剂.以基因编码钙指示剂（GECIs）家族成员GCaMP6为模板,首先融合了对钙离子不敏感的红色荧光蛋白tdTomato来对局部的钙信号进行量化,其次融合了核定位信号（NLS）,使GCaMP6能够特异定位于细胞核中.结果表明,NLS-GCaMP6-tdTomato能够在细胞核中有效发挥作用,并且在钙敏感性与动力学上,也与GCaMP6相当. 这一新型细胞核钙指示剂将为研究细胞核钙离子的功能及其调控机制提供新的方法与途径.     

核钙信号

尽管核周隙与内质网的腔相通,核膜上存在钙信号分子的受体等事实表明,细胞核存在一套相对独立的钙信号机制。作为核钙的贮存库,核被是核钙信号的发源地。核被中钙离子的充盈状态影响着核孔复合体的构象,从而调节核质间物质交流。已有证据显示,核钙信号与胞质钙信号在基因转录中的作用有所区别。核钙信号在细胞凋亡中发挥重要作用,其中,钙蛋白酶起着较为关键的作用。核钙信号研究为完整理解钙信号的生理功能开辟了新视野。     

花粉管钙信号特性及其调控研究进展

花粉管在花柱中生长受多个信号分子的协同调控,钙离子在其中发挥着重要作用.钙是一种重要的第二信使,它将外界的多种生物或非生物信息转化为对细胞内基因表达以及细胞生理反应的调控.钙信号表达方式是胞内自由钙浓度的特异性变化.该文对国内外近年来有关花粉管生长中钙信号特性及其调控的研究进展,如花粉管尖端自由钙离子浓度梯度与胞内钙振荡、花粉管质膜钙转运体的鉴定及其调控特性、花粉管钙信号与微丝和ROP蛋白的关系以及花粉管钙信号与植物自交不亲和性反应的关系等进行综述,为深入开展相关研究提供参考.     

核糖体蛋白L6/Taxreb107的核定位信号的分析

核糖体蛋白L6（RpL6,Taxreb107）含有三个具有核定位信号特征的基序.用作者构建的核定位信号捕获系统分析了这些核定位信号是否具有介导蛋白质进行核转位的功能.将RpL6/Taxreb107分段插入核定位信号捕获载体的克隆位点后转化宿主酵母,发现其前两个核定位信号可以介导融合蛋白进入细胞核,而第三个核定位信号无此作用.将RpL6/Taxreb107分段与绿色荧光蛋白融合后转染培养的哺乳类细胞,证实了以上在酵母中所得的结果.进一步发现RpL6/Taxreb107的前两个核定位信号同时具有核仁定位的功能.当在细胞中表达的早期,进入核内的融合蛋白优先定位于核仁.这些结果一方面有助于理解RpL6/Taxreb107核转位的机理,同时说明作者构建的核定位信号捕获系统也可用在蛋白质中寻找核定位信号.     

细胞核钙信号研究进展

钙离子作为细胞内重要的第二信使,在许多生理过程中发挥着关键的作用。最近几年来,随着钙检测技术的不断发展和改进,细胞核钙的研究取得了许多重要的进展。本文从细胞核钙运输、核钙对核与胞质间物质运输的调节,以及核钙在基因表达、有丝分裂和细胞凋亡中的作用等几个方面综述了核钙研究的最新进展。     

酿酒酵母中钙信号途径对crz1调控基因表达的影响

该文通过对酿酒酵母细胞中120个钙离子敏感性基因的启动子进行序列分析发现,24个基因的启动子上含有转录因子Crz1的结合位点(GNG GC[T/G]CA或GNG GCT G)。该研究检测了钙信号途径对24个基因表达和细胞定位的影响。实验结果表明,钙信号途径通过转录因子Crz1诱导19个基因的特异性表达及其编码蛋白的细胞定位。结果发现,5个基因的功能与代谢相关(TPS1、PHO86、ERG3、ARG82和AKR1)、5个基因的功能与离子稳态相关(CSG2、PMC1、VMA10、MNR2和VAM2)、4个基因的功能与蛋白质分选相关(PEP3、VPS36、VPS27和VPS4)以及5个基因的功能与转录相关(DEP1、IMP2′、THP1、SGF29和ROX3)。该文的研究结果为研究酿酒酵母细胞中钙离子稳态调控机制提供了理论基础。     

斑马鱼胚胎第一次卵裂过程中胞内钙信号的研究

钙离子作为广泛存在的细胞内信使物质,在动物胚胎早期发育过程中扮演重要角色.为了研究钙离子在斑马鱼胚胎发育过程中的空间分布和浓度变化,采用Fluo-4和Indo-1作为钙离子指示剂,利用激光共聚焦和双波长荧光比例成像技术,对斑马鱼胚胎第一次卵裂过程中的钙信号进行了详细的跟踪观察.在第一次卵裂过程中,斑马鱼胚胎的动物极顶端首先出现高钙斑,然后在分裂沟部位出现高浓度的钙信号,这一信号在卵裂过程中持续存在.利用Indo-1双波长荧光比例成像对上述过程中钙离子的时空分布进行了定量测定,表明,胞内钙离子在卵裂开始之前是均匀分布的,随着分裂沟的出现,其附近区域的钙浓度显著升高,而胞内其他区域的钙浓度则保持不变.双波长荧光比例成像排除了荧光染料分布不均匀造成的干扰,为钙信号与胚胎分裂的密切关系提供了确凿的定量依据.     

钙/钙调蛋白依赖性丝氨酸蛋白激酶的结构和功能

钙/钙调蛋白依赖性丝氨酸蛋白激酶(calcium/calmodulin-dependent serine protein kinase, CASK)属于膜相关鸟苷酸激酶（membrane associated guanylate kinase, MAGUK）家族.CASK具有多个不同蛋白质结合结构域，在细胞膜的特定区域，与其他蛋白质形成多种蛋白质复合体，参与组成细胞骨架.它通过衔接细胞外信号蛋白和细胞内骨架蛋白，协助功能蛋白质的转运和定位，以及细胞内的信号传递.此外CASK还可以进入细胞核影响基因转录调控，以及作用在神经突触膜上参与神经递质的释放.     

钙/钙调蛋白依赖性丝氨酸蛋白激酶的结构和功能

钙/钙调蛋白依赖性丝氨酸蛋白激酶(calcium/calmodulin-dependent serine protein kinase, CASK)属于膜相关鸟苷酸激酶(membrane associated guanylate kinase, MAGUK)家族.CASK具有多个不同蛋白质结合结构域,在细胞膜的特定区域,与其他蛋白质形成多种蛋白质复合体,参与组成细胞骨架.它通过衔接细胞外信号蛋白和细胞内骨架蛋白,协助功能蛋白质的转运和定位,以及细胞内的信号传递.此外CASK还可以进入细胞核影响基因转录调控,以及作用在神经突触膜上参与神经递质的释放.     

核内小体的复杂结构与多样化功能

核内小体是定位于细胞核内的无膜结构,为多蛋白-RNA复合体,通过招募相关蛋白参与基因转录、RNA剪切、表观遗传调控、肿瘤发生与抑制及抗病毒防御等多种细胞活动。明确核内小体蛋白的形成过程、功能和调控机制对研究相关疾病与病毒-宿主作用机制均具有重要意义。以下以几种核内小体蛋白为例,对核内小体的形成方式、结构与功能进行综述,并重点阐述其在抗病毒感染中的重要作用,期望为宿主抗病毒免疫机制研究提供一个新的靶标。     

酵母细胞中碱性应答蛋白Rim101与ESCRT复合物的相互调控作用

本研究采用同源重组、倍比稀释及荧光定位等方法研究了ESCRT基因对Rim101蛋白定位的影响及Rim101其对钙稳态相关基因VNX1和SPF1的调控作用。结果显示,7个ESCRT基因(SNF7, SNF8, VPS20,STP22, VPS25, VPS28和VPS36)的缺失导致GFP-Rim101不能进入细胞核,VNX1基因的缺失不影响7个ESCRT缺失株对钙离子的敏感性,而SPF1基因的缺失导致7个ESCRT缺失株对钙离子更加敏感。研究表明ESCRT基因不仅调控Rim101的功能也影响其定位,VNX1和SPF1基因是Rim101组成型活性蛋白Rim101-531抑制ESCRT缺失株对钙离子敏感性所必需的,这些研究结果为进一步研究ESCRT的功能提供了基础。     

谷氨酸促进大鼠海马神经元的内钙升高

谷氨酸能影响大鼠海马神经元胞内钙信号的变化,进而影响海马神经元神经冲动的发放和学习记忆过程。运用荧光测钙技术实时监测了大鼠海马神经元内钙信号的动态变化,同时分析了谷氨酸对其胞内钙信号的影响。试验表明：谷氨酸能够显著提高胞内游离钙离子的浓度;细胞外钙离子的存在、谷氨酸刺激时间及刺激频率的增加都能引起胞内钙信号不同程度的升高;但谷氨酸的过度刺激会引起钙离子浓度的超负荷,从而导致神经元结构和功能的损坏。     

杜氏盐藻核基质结合区结合蛋白的细胞定位

为研究核基质结合区结合蛋白的功能及调控机制,PCR扩增杜氏盐藻MBP的cDNA全长序列及N端和C端序列,与绿色荧光蛋白基因融合构建真核表达载体,脂质体转染CHO细胞,Western blotting和荧光显微镜检测基因表达情况和细胞定位。结果显示:MBP及N端和C端融合蛋白成功在CHO细胞表达,MBP和C端部分定位于细胞核且聚集于核仁,N端部分分布整个细胞,说明MBP定位于细胞核且细胞定位信号位于C端,MBP可能与rRNA前体结合发挥作用。     

神经元钙信号系统异常与阿尔茨海默病的“钙假说”

钙信号是细胞调节各项生命活动的重要机制。神经元通过胞外钙离子(calcium ion, Ca²⁺)内流、内质网Ca²⁺释放以及Ca²⁺释放介导的Ca²⁺内流等方式产生具有时空特异性的钙信号,用于调控多种生物学过程,例如动作电位的调节、神经递质的释放、轴突的生长以及突触可塑性等。神经元胞内Ca²⁺浓度因受到细胞精确调控而处于动态平衡之中。若钙信号失调导致平衡被打破,则会造成神经元功能异常甚至死亡。近年来多项研究表明,钙稳态失衡与神经退行性疾病,例如阿尔茨海默病等的产生和发展密切相关,由此发展出关于阿尔茨海默病的钙假说。该假说认为,神经元钙稳态调节机制的持续性改变是神经元功能失常、大脑产生慢性疾病的重要因素。阿尔茨海默病发生发展过程中,神经元胞浆钙水平异常增高,致使多种钙依赖性酶的活性异常,进而影响基因转录。虽然内质网钙稳态的变化目前仍存在一定的争议,但较为确定的是线粒体中存在着钙超载的现象,导致氧化磷酸化反应下调,活性氧的产量增加,进而引发细胞凋亡。本文主要介绍了神经元钙信号系统及其功能,简要梳理了阿尔茨海默病钙假说的相关研究,并对后续研究进行了展望。     

肌浆网钙漏流与心力衰竭

钙离子在心脏兴奋-收缩偶联中发挥关键作用,全细胞钙浓度升高通过激活相关信号通路参与基因表达的调控已受到广泛的关注.肌浆网是心肌细胞重要的钙库,在维持细胞内钙稳态起非常重要的作用,是心肌兴奋-收缩偶联的关键因素.舒张期心肌细胞肌浆网RyR2通道活性增强,异常开放增加或关闭不全,钙离子异常释放,引起肌浆网钙漏流.心力衰竭时肌浆网功能障碍,越来越多的研究表明,心力衰竭尤其是在终末期,肌浆网钙漏流所介导的心肌细胞局部钙信号增强,从而引起心脏发生结构、功能的重构.本文就肌浆网钙漏流的发生机制及其在心力衰竭发生发展中的作用和研究进展进行简要综述,并提出展望,以期为临床心力衰竭的预防和治疗及有效药物的开发应用提供理论依据.     

钙调蛋白及其结合蛋白对神经递质释放的调控作用

钙离子（Ca2+）是调节突触前神经递质的胞吐释放的关键离子信号.作为胞内最普遍存在的钙离子感受器的钙调蛋白（CaM）被发现能通过与多种蛋白的相互作用,调控着突触小泡的生发、运输及再填充,从而传递胞内Ca2+浓度变化的信号,对神经递质的释放及突触电生理活动起到至关重要的调控作用.本文综述了CaM及其结合蛋白是如何参与对突触小泡的胞吐释放和胞吞恢复的调控,并探讨了其中可能的分子机制.     

线粒体稳定高钙信号诱发超氧炫

线粒体对于细胞钙信号和活性氧信号转导有重要的调控作用．超氧炫是新近发现的单个线粒体超氧阴离子短时程爆发现象,反映了活性氧生成动力学的一种新形式．线粒体钙信号作为重要的细胞功能调控信号,能否及如何调控超氧炫尚待深入研究．本研究对HeLa细胞进行高胞外钙和离子霉素刺激,或用皂苷穿孔细胞质膜后置于高钙细胞内液中,两种方法均显著增加了超氧炫发生的频率．其中,穿孔细胞胞浆高钙诱导的超氧炫依赖于线粒体钙单向转运体,表明超氧炫由线粒体基质内高钙信号所诱发．重要的是,离子霉素诱导的超氧炫发生频率与线粒体稳态钙水平线性相关,而与瞬态线粒体钙无相关性,提示钙离子对超氧炫的调控是一个多步骤、相对缓慢的过程．综上,线粒体基质的稳态高钙是超氧炫的重要调控因子．     

一个功能丰富的转录调控分子——下游调控元件拮抗分子

下游调控元件拮抗分子(downstream regulatory element antagonist modulator,DREAM)与钙衰蛋白(Calsenilin)和钾通道辅助亚基(potassium channel interacting protein 3,KCh IP3),三者同属于神经钙感受器蛋白(neuronal calcium sensor,NCS)家族,由同一基因编码,但亚细胞定位不同且执行不同功能,其中DREAM定位于细胞核,有4个EF手型结构域(EF-hand-like motifs)能与钙离子可逆结合,诱导蛋白空间结构变化,结合到多种基因的下游调控元件(downstream regulatory element,DRE)位点发挥基因转录调节作用。DREAM在中枢神经系统(central nervous system,CNS)尤其是小脑皮层中高表达,通过调控N-甲基-D-天冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartic acid receptor,NMDAR)影响学习和记忆,也参与阿尔兹海默症发病、炎症反应、血栓形成。随着更多DREAM新功能的发现,其在CNS中的生物功能受到更多关注。本文回顾DREAM的发现历史,分析该蛋白的结构功能特点、组织分布,讨论了近些年来在DREAM入核的调控、以及特有的钙依赖的基因调控机理方面研究进展,重点关注了DREAM-强啡肽原(prodynorphin,PDYN)-强啡肽(dynorphin,DYN)通路调节慢性疼痛的可能机制。     

血清抑制基因Si1编码蛋白的亚细胞定位研究

为进一步研究血清抑制相关基因(Si1)的生物学功能,用绿色荧光蛋白EGFP融合的EGFP/Si1重组蛋白在HeLa细胞中成功表达．结果显示该蛋白定位在细胞核中,这一结果与生物信息学预测结果相符合．通过构建不同长度的EGFP/Si1基因突变体观察其核定位信号所在区段,发现核定位信号区在465～531氨基酸残基之间．Si1基因编码框中肿瘤相关1 639位点的改变,虽然并不在入核信号相关结构区,但影响Si1基因表达蛋白的细胞核迁移,进而影响基因功能．