细胞的信号接收和信号传输(1)

生物要在不断变化的环境中保持内环境的稳定,需要细胞有感知这些变化并且做出反应的能力。细胞对外部信号接收和传输的任务是由蛋白质分子执行的。通过特异结合另一个分子,或者自身被修饰导致局部电荷改变,蛋白质分子可以改变形状,在"开"和"关"2种功能状态之间转换,相当于计算机中的0和1。改变了状态的蛋白质分子又可以使下游的分子改变状态,从而将信息传递下去,最后通过效应蛋白质分子功能的改变实现细胞对传入信号的反应。     

细胞的信号接收和信号传输(2)

生物在不断变化的环境中保持内部状况的稳定,需要细胞具有感知这些变化且做出反应的能力。细胞接收和传输外部信号是由蛋白质分子执行的。通过特异结合另一个分子,或自身被修饰导致局部电荷改变,蛋白质分子可以改变形状,在"开"和"关"2种功能状态之间来回转换,相当于计算机中的0和1。改变了状态的蛋白质分子又可以使下游的分子改变状态,从而将信息传递下去,最后通过效应蛋白质分子功能的改变实现细胞对传入信号的反应。     

细胞的信号接收和信号传输(3)

生物在不断变化的环境中保持内部状况的稳定,需要细胞具有感知这些变化且做出反应的能力。细胞接收和传输外部信号是由蛋白质分子执行的。通过特异结合另一个分子,或自身被修饰导致局部电荷改变,蛋白质分子可以改变形状,在"开"和"关"2种功能状态之间来回转换,相当于计算机中的0和1。改变了状态的蛋白质分子又可以使下游的分子改变状态,从而将信息传递下去,最后通过效应蛋白质分子功能的改变实现细胞对传入信号的反应。     

基于信号网络的功能细胞设计

细胞信号网络是细胞应对环境变化、调控细胞功能以及决定细胞命运的中央处理器。运用合成生物学方法,人工设计细胞信号网络对于"细胞机器"的构建具有重要作用。信号网络通过编码定量的动力学信号,能够在多个维度对细胞工程中的多个子功能单元进行调控。本文介绍了天然信号网络的动力学功能的研究进展,阐述了基于信号网络的功能蛋白质设计的合成生物学相关的方法和思路,并展望了信号网络在下一代合成生物学中的战略意义。     

血管紧张素Ⅱ诱导活性氧簇的产生及其在血管损伤的信号机制

血管损伤是高血压、糖尿病、高脂血症和动脉粥样硬化的共同病理过程,诸多因素参与其中,血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）最为重要。AngⅡ所诱导的血管效应通过还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）激活后所产生的活性氧簇（ROS）而实现。ROS作为细胞内和细胞间的第二信使调节许多信号分子。这些信号分子级联式激活使血管平滑肌细胞生长迁移、调节内皮功能、诱导前炎性调节因子表达和细胞外基质修复。ROS主要通过改变细胞内的氧化还原状态和蛋白的氧化修饰而实现对信号分子的调节。生理状态下有利于维持血管功能和结构的完整,病理状况下是血管损伤的重要病理机制。     

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.     

内质网应激与自噬及其交互作用影响内皮细胞凋亡

内质网应激是普遍存在于真核细胞中的应激-防御机制。在内环境稳态遭到破坏的情况下,未折叠蛋白质反应的3条信号通路,分别通过增强蛋白质折叠能力、减少蛋白质生成和促进内质网相关蛋白质降解等途径缓解细胞内压力。同时,也通过多种分子信号机制调控细胞凋亡。自噬是一种生理性的降解机制。通过形成自噬泡并与溶酶体结合摄取并水解胞内受损细胞器和蛋白质等,清除代谢废物,维持细胞正常功能。自噬缺陷或过度激活均可导致细胞凋亡或非程序性死亡。自噬的程度和细胞内压力水平有关。内质网应激通过未折叠蛋白质反应和Ca²⁺浓度变化及其相关分子信号调控自噬。自噬又可反馈性调节内质网应激反应,二者相互作用,在内皮细胞凋亡过程中发挥重要作用。未来内质网应激和自噬可作为药物靶点为内皮相关性疾病提供诊疗策略。     

Rap信号在神经系统中的功能研究进展

小分子G蛋白Rap属于Ras家族,其结构类似于Ras,结合GTP后处于活性状态(RapGTP),结合GDP后则处于非活性状态(RapGDP)。在细胞内,Rap通过RapGTP与RapGDP之间的动态转换起到分子开关的作用,调控细胞增殖、分化、存活、粘附、迁移等生理过程。胞外信号通过特异性鸟嘌呤核苷酸交换因子(guanine nucleotide exchange factors,GEFs)调控Rap与GTP的结合,激活Rap;胞内特异性GTP酶激活蛋白(GTPase activating proteins,GAPs)促进GTP的水解,使Rap失活。活化的Rap信号通过其下游不同的信号分子调控不同的生物学功能。在神经系统中,Rap信号具有多样的生物学功能,Rap信号能促进神经元极性的建立和轴突生长,还能调节神经突生长。Rap信号能够调控神经突触结构和功能的可塑性变化。此外,也有研究报道Rap信号和神经元的迁移具有相关性。本文主要针对Rap信号在神经系统中的功能研究进展进行综述。     

蛋白质的泛素化修饰在细胞应激反应中的作用

泛素是真核细胞内广泛存在的一种高度保守的蛋白质。在特定泛素化酶催化下实现的蛋白质泛素化修饰反应能够高选择性地降解细胞中的特定信号蛋白质,对维持细胞正常的生理功能具有非常重要的作用。另外,某些泛素化修饰反应也能够实现与蛋白质降解无关的功能调控作用。p53、NF-κB和GADD45α是在细胞应激损伤反应中具有广泛调控作用的信号蛋白,发生在这些分子上的泛素化修饰反应是它们发挥相关分子机制的重要基础。     

细胞信号网络能灵敏地反映小鼠胚胎干细胞的早期分化

通常认为,动物个体中不同的细胞类型由转录因子的不同组合确定,并且常常通过一些特异表达的分子标记而被确认.这些概念在干细胞研究中常常面临挑战.在这里,我们通过一个小鼠胚胎干细胞体外分化的模型表明,在干细胞的分化过程中,干细胞的分子标记,如Oct4,Sox2,Nanog等不能反映细胞的早期分化.另一方面,由蛋白质磷酸化所表征的细胞信号传导网络对外加因子刺激所产生的反应有显著变化.本研究还表明,细胞信号传导网络的不可逆改变要先于转录因子表达水平的变化.这也与信号传导调节细胞分化的概念是相符合的.因此提议,通过检测细胞信号传导网络的变化,能够更精确地反映细胞的状态,以及揭示细胞分化早期的关键调控步骤.希望提醒注意到用少数分子标记来表征细胞状态所面临的问题,而且提出了一种新的方法来解决这个问题.     

miRNA调控辐射损伤相关信号通路研究

micro RNA(miRNA)是内源基因编码的长度约为19～25个核苷酸的非编码单链RNA分子。miRNA不仅广泛参与肿瘤的发生、发展和转移,与病人预后显著相关,同时还与肿瘤放射治疗有关。研究发现,电离辐射可以影响miRNA的表达水平,并具有辐射剂量和时间依赖性。此外,miRNA在组织中的表达差异也影响个体的辐射敏感性。本文从DNA损伤响应、磷脂酰肌醇3激酶/蛋白质激酶B、核转录因子kappa B、丝裂原活化蛋白激酶等重要信号通路出发,总结了近年来miRNA通过调控这些信号通路对机体组织器官和细胞辐射敏感性的影响,以及miRNA调控信号通路的主要方式,对miRNA介导的辐射损伤相关的重要分子机制作一总结。研究发现,miRNA对信号通路的调节作用交错复杂,单一miRNA可同时参与调节多条信号通路,不同信号通路分子的变化也可能同时影响多个miRNA的表达,形成了复杂的miRNA调控网络,导致细胞周期改变并影响辐射敏感性,最终引起细胞死亡率的变化。这为提高放射对肿瘤的治疗效果,降低副作用以及对病人预后的判断提供了新的理论依据。     

小G蛋白Rap的信号通路与生物学功能

Rap在细胞内控制着许多重要的信号通路,这些通路与细胞极性的形成、细胞增殖、分化和癌变、细胞黏附和运动等重要的生物功能密切相关,并进一步在组织器官水平影响一些重要的生理功能,如神经极性的建立、神经突触生长、突触可塑性和神经元迁移等。Rap属于Ras家族,含有Rap1和Rap2两个亚类。Rap通过结合GTP或GDP,在激活与失活两种状态之间切换,从而发挥分子开关的功能。此外,Rap在癌症的发生和发展过程中也发挥着关键作用,它可抑制癌基因Ras诱导的细胞转化;还可通过与其下游靶分子的相互作用,作为细胞信号通路上的一个开关分子诱导细胞恶性转化。本文对上述Rap的生物学功能做了概括总结,并在此基础之上探究Rap及受其调控的蛋白质对肿瘤和神经系统疾病的药物开发和治疗的重要意义。     

细胞骨架与细胞凋亡及细胞内信息通路的关系

细胞骨架是细胞内最高级的组织者和管理者,根据功能将各种细胞器相对集中在细胞内的某一区域,并通过多种信息通路相互联系,使细胞内部形成一个"城市",各服务器进行有序的工作.此时,一些信号通过一定的作用模式,如诱导因素通过第二信使系统将信号传入细胞内,最终汇集到公共通道,改变细胞基因表达的类型、水平及其时序性,最后导致生理反应或程序性细胞死亡中特征性生物化学改变,但这种细胞内外的信号-受体-胞内传递-基因转录-应答反应的传递方式并不是一条龙式的单一联系,各条途径之间存在着多方式、多水平的横向联系和交互作用,形成信号传递网络.基于细胞骨架在细胞内的特殊地位和功能,可以相信,通过对细胞骨架及其与细胞内某些分子关系的研究,将有助于深入了解细胞内的信息传递规律,为揭示细胞内分子在体现细胞生物学特性方面的有机联系提供证据.     

细胞代谢过程中的酶促糖基化及其功能

细胞代谢过程中多样的生化修饰反应能够精细调控细胞的活力与功能。其中,酶促糖基化是细胞代谢调控过程中普遍存在的一种分子修饰,对维持和调节细胞功能具有重要影响。糖基转移酶通过将糖基供体的糖基转移至相应的受体分子来实现糖基化修饰。受体分子经过糖基化修饰会改变其在细胞内的稳定性、溶解性和区域定位等特性,并在调节细胞周期、信号转导、蛋白质表达调控、应答反应和清除细胞异物等诸多生物过程中起着重要作用。简要介绍了细胞代谢过程中糖基转移酶超家族的分类、命名和催化机制。重点阐述细胞中蛋白质类生物大分子和小分子化合物的糖基化反应及其在细胞代谢过程中的功能。展望了细胞中糖基化反应及糖基转移酶在人类健康、医药产品、工业催化、食品和农业等领域的应用前景。     

细胞内信号分子传导的研究进展

近年来有关细胞内信号传导的研究,着重体现在Ca²⁺信号传导途径及相应的蛋白质分子如蛋白激酶C(PKC)、钙调素(CaM)、钙调素激酶Ⅱ(CaMKⅡ),同时也对Ras途径中出现的Vav、Rap、Crk、C3G等蛋白质分子以及cAMP和NF-κB途径作了有益的补充与修改.细胞外信号分子通过以上4种途径及其相互通讯(cross-talk),激活了某些蛋白激酶,调控了基因转录及其他相关功能,其中磷酸化对蛋白激酶及转录因子活性的调节起到了非常重要的作用.     

植物过氧化物酶体在活性氧信号网络中的作用

过氧化物酶体是高度动态、代谢活跃的细胞器,主要参与脂肪酸等脂质的代谢及产生和清除不同的活性氧(reactive oxygen species, ROS)。ROS是细胞有氧代谢的副产物。当胁迫长期作用于植物,过量的ROS会引起氧胁迫,损害细胞结构和功能的完整性,导致细胞代谢减缓,活性降低,甚至死亡;但低浓度的ROS则作为分子信号,感应细胞ROS/氧化还原变化,从而触发由环境因素导致的过氧化物酶体动力学以及依赖ROS信号网络改变而产生快速、特异性的应答。ROS也可以通过直接或间接调节细胞生长来控制植物的发育,是植物发育的重要调节剂。此外,过氧化物酶体的动态平衡由ROS、过氧化物酶体蛋白酶及自噬过程调节,对于维持细胞的氧化还原平衡至关重要。本文就过氧化物酶体中ROS的产生和抗氧化剂的调控机制进行综述,以期为过氧化物酶体如何感知环境变化,以及在细胞应答中,ROS作为重要信号分子的研究提供参考。     

p62蛋白功能及相关信号通路研究

p62是一种多功能蛋白,其蛋白分子包含多个结构域,通过与不同蛋白质结合形成细胞中重要的信号中心,从而调控多种信号通路,影响细胞的生长、衰老,甚至死亡等生理过程。p62蛋白通过对mTORC1信号通路的影响在氨基酸信号通路中发挥着关键的调控作用。p62蛋白是自噬体与底物之间的适配蛋白,在细胞自噬过程中起到分子调节器的作用。p62蛋白具有质核穿梭功能,在DNA损伤修复和氧化应激反应中具有重要作用,其异常积累会引起细胞的恶性转变,导致肿瘤的发生。现综述p62在调节多种信号通路,如自噬、氨基酸感知、凋亡及肿瘤发生等过程中的作用。     

植物多肽信号分子CLE家族

动物中存在众多多肽信号分子,它们在信号转导方面发挥重要作用。近几年,对植物中多肽信号分子的研究取得了重大突破,它们积极参与调控植物生长发育的众多过程,同时也表明多肽信号分子在细胞之间的"交流"过程中发挥作用在进化上是保守的。CLE(CLAVATA3/EMBRYO SURROUNDING REGION)家族是目前植物领域研究较热的多肽信号分子家族,通过对拟南芥CLV3和百日草TDIF等CLE多肽信号分子的研究发现,CLE蛋白在成为有功能活性的信号分子之前,存在翻译后蛋白剪切和修饰的过程,这方面与动物中多肽信使的成熟过程相似。对CLE家族成员的分子特征、生物学功能、翻译后的加工修饰和研究中出现的问题进行综述,并对本领域未来的发展方向作出展望。     

mTORC1信号通路亮氨酸感受器——Sestrin2

正亮氨酸是重要的蛋白质合成原料,同时也可作为信号分子参与调节包括饱感、胰岛素分泌、骨骼肌合成代谢等多种生理活动。mT OR复合物1(mT OR complex 1,mT ORC1)蛋白激酶是调节亮氨酸功能的关键调控分子,通过控制蛋白质、脂质合成、自噬等过程调控细胞发育。然而,mT ORC1上游的亮氨酸相关信号通路尚不清楚。近期来自麻省理工学院的David M.Sabatini实验室在《科学》杂志上报道了最新研究:Sestrin2在mT ORC1信号通路中发     

蛋白质可逆磷酸化在信号传递中的作用

主要介绍了蛋白激酶和蛋白磷酸酶的分类、特征及其催化蛋白质的可逆磷酸化在信号传递中的作用。蛋白激酶和蛋白磷酸酶作为脑内信使的直接或间接的靶酶,通过控制信号传递途径中其它酶类或蛋白质的活性,使细胞对外界信号做出相应的反应。