分子伴娘

许多蛋白质的多肽单体在离体条件下能折叠、组装成具有生物学功能的聚合体,但在体内绝大多数新合成蛋白质三维结构的形成,需要一类称为分子伴娘(molecular chaperones)的辅助蛋白质的存在.分子伴娘不仅为细胞生长增殖过程所必需,而且在细胞的蛋白质合成和免疫系统抗原提呈(antigen presentation)作用等过程中也起着重要的调控作用.     

蛋白质合成中的核糖核酸蛋白质复合物

细胞中的RNA和RNA结合蛋白质(RNA-binding proteins,RBPs)相互作用形成核糖核酸蛋白质(ribonucleoprotein,RNP)复合物。RNP复合物分布广泛,功能众多。蛋白质生物合成包括转录及其调控、mRNA加工转运、tRNA传递、翻译及其调控等,是核酸编码的遗传信息流向活性蛋白质的过程。多种RNA分子参与这一过程,有的与对应的RNA结合蛋白质形成RNP复合物。RNP复合物的多样性和重要功能在此得到了最好的体现。该文以其中起核心作用的RNA分子为主线,对蛋白质合成中的RNP复合物进行了综述。     

单蛋白合成系统研究进展

任何一个蛋白质合成系统的最终目标都是表达所需要的蛋白质(目的蛋白质)而不产生其他的细胞蛋白质。目前,只有两种方法可以成功的表达目的蛋白质:体外无细胞蛋白质合成系统和体内单蛋白生产(SPP)系统。综述现今不同的单蛋白生产系统,讨论他们的应用、优点和缺点。     

低氧经mTOR/4E-BP1和FoxO1/Atrogin-1通路影响骨骼肌蛋白质积累

低氧暴露对骨骼肌蛋白质合成/分解的影响受到广泛关注,但该过程中相关调控通路的研究仍十分有限。本研究拟通过蛋白质相对积累量来研究合成和分解通路的变化。将骨骼肌细胞置于低氧环境中培养,分别在0 h、6 h、12 h和24 h收集细胞,并进行检测。免疫荧光观察肌球蛋白(myosin),翻译表面感应检测蛋白质合成,Western印迹法测试蛋白质合成相关基因(ERK1/2、p-ERK1/2、mTOR、p-mTOR、4E-BP1、p-4E-BP1)、蛋白质分解相关基因(泛素、FoxO1、p-FoxO1、MuRF1和Atrogin-1)表达量。结果发现,随着低氧干预时间延长,肌纤维直径和骨骼肌细胞中蛋白质相对积累量随时间逐渐减小(P<0.01)。与0 h相比,6 h p-4E-BP1/4E-BP1和Atrogin-1的表达显著上调(P<0.05),p-mTOR表达显著高于0 h(P<0.01);6 h和24 h p-mTOR/mTOR的比值显著大于0 h(P<0.05),而p-FoxO1/FoxO1的比值随时间逐渐减小(P<0.01)。上述结果表明,低氧干预能够使骨骼肌细胞直径减少、骨骼肌细胞蛋白质积累减少,并且低氧打破骨骼肌细胞蛋白质合成和分解的平衡,可能是通过调节mTOR/4E-BP1通路活性和FoxO1/Atrogin-1通路的活性实现的。     

Sindbis病毒的蛋白质合成与细胞骨架的关系

我们以Sindbis病毒感染BHK-21细胞为模式,研究了病毒的感染与细胞骨架的关系。结果显示:在病毒感染早期,细胞的蛋白质合成迅速被抑制,细胞的多聚核糖体(polysome)和mRNA从骨架上脱落,而病毒的RNA结合到骨架上。我们的结果还进一步表明,病毒的RNA是通过其3′-尾端与骨架结合的。另一方面在对Sindbis病毒非结构蛋白在体内与体外合成与加工的比较中,我们发现病毒蛋白在体外翻译加工的速度远低于体内,并且出现很多未成熟蛋白(premature protein),这种区别可能在某种程度上反应细胞骨架在蛋白质合成与加工中的作用。此外,在用秋水仙素和细胞松驰素B破坏微管和微丝后,病毒非结构蛋白的合成与加工没有明显变化,而结构蛋白的合成则受到明显的抑制。这表明病毒的两类蛋白的合成所依赖的细胞骨架成分可能有所不同,在结构蛋白合成过程中,微丝和微管起了重要作用,在非结构蛋白合成过程中,中间丝很可能起了重要作用。     

无细胞体系非天然蛋白质合成研究进展

无细胞非天然蛋白质合成作为蛋白质研究的新兴手段,已成功用于表征蛋白质分子间、蛋白质与核酸分子间相互作用等基础科学研究及医药蛋白、蛋白质材料等工业生产领域。无细胞非天然蛋白质合成系统不需维持细胞的生长,无细胞膜阻碍,可依据研究目的添加基因元件或化学物质从而增强工程设计和过程调控的自由性;也可赋予蛋白质新的特性、结构及功能,如可实现蛋白翻译后修饰、反应手柄引入、生物物理探针及多聚蛋白质合成等。文中系统地综述了目前应用于无细胞蛋白质合成系统中的非天然氨基酸嵌入方法,包括全局抑制及基于正交翻译体系的终止密码子抑制、移码抑制、有义密码子再分配和非天然碱基等方法的研究进展,及非天然氨基酸在蛋白质修饰、生物物理探针、酶工程、蛋白质材料以及医药蛋白质生产等领域的应用进展,并分析了该体系的发展前景及广泛工业化应用的机遇与挑战。     

蛋白质预算：合成生物学的成本标尺

合成生物学以创建人工生命体系为目的.实践中人们希望人工生命体系具有更强的生产能力、转化能力、环境适应与监测能力,从而获得更优质的生产方式.生命体系的优化涉及到多层次的调控网络,而根本上还是对细胞中蛋白质的含量、定位、活性的控制.在蛋白质表达水平上进行控制是合成生物学元件设计、模块组装以及适配性研究最核心的手段.类似于工厂中的成本计算,合成生物学创建的人工生命体系(人工细胞工厂)以蛋白质预算为依据.优化蛋白质预算的研究策略已经成功应用于合成生物学研究实践中.     

人造细胞内蛋白质合成的研究进展

无细胞蛋白质合成(cell-free protein synthesis,CFPS)是一种在体外快速合成目标蛋白质的方法,通过构建含有CFPS系统的人造细胞,能够实现蛋白质的高通量表达和功能性膜蛋白的体外重构.本文详细综述了4种CFPS系统(包括大肠杆菌裂解液、兔网织红细胞裂解液、小麦胚芽提取物、酵母提取物)的适用范围和优缺点,总结了基于CFPS系统构建的人造细胞体系内蛋白质合成的研究现状,以及该领域面临的挑战及未来的发展方向.     

保幼激素类似物对家蚕丝腺与脂肪体蛋白质合成的调节作用

应用示踪原子法,研究了家蚕Bombyx mori 5龄幼虫丝腺与脂肪体细胞内蛋白质合成的变化规律及保幼激素类似物(JHA738)的调节作用。从5龄初到龄末,家蚕丝腺细胞内蛋白质合成持续升高,5龄中期、后期的蛋白质合成活性分别是前期的1.60倍和2.86倍;全龄出现2个合成高峰,一个是在5龄72h,为细胞固有蛋白质合成高峰,另一个是在5龄192h,为丝蛋白合成高峰。脂肪体细胞内蛋白质合成作用呈现脉冲式的变化。在5龄前期和中期用JHA处理家蚕(剂量为4μg/条),对丝腺细胞固有蛋白质合成和脂肪体细胞蛋白质合成均表现出抑制作用,而对丝蛋白合成则表现出促进作用。本实验结果为进一步阐明JHA增丝机理提供了直接证据。     

增强UV-B辐射对大豆胚轴DNA损伤、修复和蛋白质含量的影响

大气平流层臭氧层减薄引起到达地表的 UV- B辐射增强。为探讨在增强 UV- B辐射下植物细胞 DNA的损伤修复和蛋白质含量的关系 ,利用 3H- Td R掺入法 ,研究了在 8.2 2 k J/(m2 d)和 12 .4 2 k J/(m2 d) U V- B辐射 (相当于兰州地区大气平流层臭氧减薄约 12 %和 2 0 % )胁迫下 ,大豆胚轴细胞 DNA合成和非按期合成 (UDS)变化 ,并测定了胚轴蛋白质含量变化 ,结果显示 ,UV- B辐射导致 DNA损伤 ,并诱导了 DNA损伤的修复 ,胚轴细胞 UDS效应增强 ,U DS指数增大。低 UV- B辐射强度下 ,胚轴蛋白质含量增加 ,可能是 U V- B诱导了一些与抗性有关的基因表达 ,导致一些新的与抗性有关的蛋白质合成 ;在高强度 UV- B辐射下 ,U DS指数与低强度辐射下无显著差异 (P=0 .0 5 ) ,但蛋白含量较低强度辐射下显著下降 (P=0 .0 5 ) ,说明高强度 UV- B辐射加重了 DNA损伤 ,而修复并未加强 ,并且高强度辐射抑制基因的正常表达和蛋白质合成。这些蛋白质的合成可能与大豆对 UV- B辐射的抗性有关。     

无细胞蛋白质合成系统

无细胞蛋白质合成系统相比传统的细胞表达系统有许多优点,包括表达周期短、反应条件容易控制等。该文介绍了无细胞蛋白质合成系统的技术进展及表达控制,并综述了这一系统的应用发展。     

缺氮介导的莱茵衣藻油脂合成过程的内参及标志物蛋白质的筛选鉴定

微藻被认为是最有潜力的生物能源原料之一,了解油脂合成机理、提升油脂合成的效率是重要的生物学问题.莱茵衣藻缺氮胁迫是油脂合成机理研究的模式系统,组学研究已经积累了大量的数据,但针对莱茵衣藻缺氮介导的油脂合成过程的内参及标志物蛋白质还鲜有报道.本研究对莱茵衣藻进行了对照和缺氮胁迫培养,比较了多个时间点(0、1、2、4和6d)在2种处理条件下的培养物表型、细胞密度、油脂含量以及总蛋白质含量的变化等特征.结果显示:莱茵衣藻细胞在受到缺氮胁迫后表现为培养物颜色由绿变黄;A750和细胞计数结果显示细胞生长趋于停滞;尼罗红染色定量实验鉴定到油脂含量的显著升高;考马斯亮蓝染色实验检测到总蛋白质含量降低.以20个莱茵衣藻蛋白质为候选,利用蛋白质印迹技术(Western blot,WB)检测了其在不同处理和不同时间点的表达特征变化,通过计算总蛋白质和候选蛋白质含量的皮尔森相关系数(Pearson’s correlation coefficient, PCC)筛选了莱茵衣藻缺氮胁迫的内参蛋白质,发现Histone H3、 RBCL(ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase/oxygenase large subunit)和BCR1(biotin carboxylase,ACCase complex 1)在对照和缺氮胁迫条件下均与总蛋白质含量变化呈现极显著或显著正相关,所以被选作内参蛋白质.进而通过比较候选蛋白质的平均相对倍率变化(average relative fold change, ARF),鉴定了莱茵衣藻缺氮胁迫的标志物蛋白质,发现ATPs-β(ATP synthase CF1beta subunit)、 GAP2(glyceraldehyde 3-phosphate dehydratase 2)和RMT1(rubisco large subunit N-methyltransferase 1)蛋白质的ARF值分别为180.59、52.90和12.48,明显高出其他蛋白质,由此把它们选做缺氮胁迫的标志物蛋白质.接下来,对缺氮胁迫早期(0、2、4、8、12、18、24和48 h)的样品进行蛋白质印迹法分析,发现可检测的ATPs-β、GAP2和RMT1的缺氮诱导条带出现的时间分别是8、18和12 h.综上可以认为,在所有候选蛋白质中,ATPs-β是出现最早且变化幅度最大的缺氮处理标志物蛋白质.本研究鉴定的内参和标志物蛋白质对了解缺氮应答及油脂合成机理会有所帮助,所积累的蛋白质表达信息可供研究同行参考.     

非常规酵母的分子遗传学及合成生物学研究进展

先进的合成生物学技术与传统的分子遗传学技术的结合更有助于实现酵母底盘细胞的快速改造和优化。酵母合成生物学研究最早开始于常规酵母——酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae),近些年来又迅速扩展至一些非常规酵母,包括巴斯德毕赤酵母(Pichiapastoris)、解脂耶氏酵母(Yarrowialipolytica)、乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis)和多形汉逊酵母(Hansenula polymorpha)等。借助合成生物学技术与工具,目前科学家们已经成功开发出了能够高效生产生物材料、生物燃料、生物基化学品、蛋白质制剂、食品添加剂和药物等工业产品的重组非常规酵母工程菌株。本文系统总结了合成生物学工具(主要是基因组编辑工具)、合成生物学组件(主要是启动子和终止子)和相关分子遗传学方法在上述非常规酵母系统(底盘细胞)中的最新研究进展和应用情况,并讨论了其他合成生物学技术在这些非常规酵母表达系统中的潜在适用性和应用前景。这为研究人员利用合成生物学方法在这一新型非模式微生物底盘细胞中设计和构建各种高附加值工业产品的异源合成模块并最终实现目标化合物的高效生物合成提供了科学的理论指导。     

蛋白质合成活动与卵母细胞成熟

蛋白质合成率的增加是卵母细胞成熟过程中的重要现象之一;合成率的增加是 mRNA与核糖体机构两者协调活动的结果。S6蛋白磷酸化和 pHi 上升似乎与蛋白质合成增加有关,但有证据表明这种联系是表面现象,非必然的。翻译机构中的蛋白质因子 cIF-4 A 可能参与成熟中蛋白质合成活动的调控。本文还分析了蛋白质合成的总体变化特点,蛋白质合成、磷酸化活动与 MPF 活性和 GVBD 现象之间的关系,这是研究 MPF 活性以及卵母细胞成熟机理的一个重要方面。     

tRNA核质动态分布与细胞命运

旺盛的细胞核、质间的物质运输(nuclear-cytoplasmic transport)是真核细胞代谢的基础．核质运输不仅将蛋白质运到目的地,还能通过在特定时间、地点结合靶分子,改变其在胞内的局部浓度,调控诸如有丝分裂等重要细胞活动．tRNA是细胞中最重要的大分子之一,合成于细胞核,在细胞质中参加蛋白质翻译．一直以来,学术界认为tRNA只是蛋白质合成的参与者,tRNA核质运输是tRNA跨越核膜进入细胞质是单向主动运输过程．然而,最近的研究成果在颠覆传统观念,tRNA不但能被转运出核,还能被逆向转运入核．2008年,新概念“tRNA核质动态分布”(tRNA nuclear-cytoplasmic dynamics)被提出,取代tRNA核质运输,描述tRNA在细胞核、质间的流动．在酿酒酵母中tRNA核质动态分布可以调控蛋白质翻译,锁定细胞周期．此领域内的最新研究正在改变着教科书中有关tRNA的传统论断．     

无细胞合成生物学：革新生物医药产业的新策略

无细胞合成生物系统,能够在体外完成生命转录翻译过程,因体系灵活开放、便于控制、表达周期短、高耐受性等特点,可表达细胞系统难以表达的蛋白质。随着无细胞生物传感和体系冻干技术的不断发展,其在医药健康领域的应用不断拓展。本文综述了无细胞合成生物学在按需生物医药合成和便携式医疗检测等医药健康领域的研究进展,该体系的进一步发展有潜力实现更复杂后修饰蛋白质药物的合成、可丰富无细胞生物传感器类型并提高其灵敏性。无细胞合成生物学作为新兴工程策略,未来必将更好地应用于高通量医药蛋白质筛选、新型病原体的检测等医药健康领域。     

人工培养条件下君子兰雄配子体发育与核酸、蛋白质合成的研究

作者建立了离体培养君子兰雄配子体的简易方法并观察了其发育过程。应用核酸、蛋白质合成抑制剂和放射自显影技术,研究不同发育阶段雄配子体的核酸和蛋白质的合成。发现四分孢子释放以后,DNA 的合成仅在有丝分裂间期的细胞核内进行;散粉前96小时至精细胞形成,营养核、生殖核和精于核中均未见~3H-胸苷掺入。RNA 和蛋白质合成的动态相似,各有三次高峰和两次停顿。抑制剂的种类和加入的时间、数量对发育的影响不同,显示了 DNA、RNA 和蛋白质合成间及生物大分子合成与雄配子体形态发育间的相关性。     

PHA刺激对淋巴细胞修复DNA损伤的影响

本文报道PHA刺激对淋巴细胞DNA修复的影响的实验结果。以254nm波长的UV照射细胞(30J/m~2)引起DNA损伤,以[~3H]-TdR掺入实验测定非程序DNA合成,用超微量法测定细胞的NAD~+含量,并以[~(35)S]-蛋氨酸掺入,聚丙烯酰胺凝胶电泳及放射自显影术测定蛋白质生物合成,其结果如下: (1)在被PHA转化的淋巴细胞内非程序DNA合成,随PHA刺激的时间加长而增高;PHA处理淋巴细胞42小时,合成的速率约增加4倍;(2)在转化的淋巴细胞内,非程序DNA合成及程序DNA合成都被N-乙基马来酰亚胺(一种DNA聚合酶α的抑制剂)抑制,表明在DNA修复过程中DNA聚合酶α可代替DNA聚合酶β发挥作用; (3)UV照射后,被PHA刺激的淋巴细胞内NAD~+含量大约减少43.2％,而对照淋巴细胞内NAD~+的含量只减少25％,似乎说明PHA刺激能促进淋巴细胞内的P-ADP-核糖化作用;(4)在受PHA刺激72小时的淋巴细胞内有多种蛋白质合成,这些细胞在UV照射后以含10μg/ml嘌呤霉素的培养基培养,则非程序DNA合成被明显抑制(P<0.01),这提示DNA修复是一需要蛋白质合成的过程。此外,在受UV照射后10-45小时的淋巴细胞内,诱导产生一种分子量大约34000道尔顿的蛋白质。 上述结果表明,当PHA使淋巴细胞从静止状态转化为增殖状态时,有多种酶被诱导。由于这些酶,如DNA聚合酶α及P-ADP-核糖聚合     

对数生长与G_0期人包皮成纤维细胞Stat1对INF-α刺激反应的差异

Stat1 (信号转导与转录活化子 1 )的激活与刺激因子和细胞组织类型有关 ,它的活化受体有组织分布特异性 .本研究比较 G0 期和对数生长周期两个不同状态体外培养的人包皮成纤维细胞受到干扰素 ( INF-α)刺激后 Stat1基因 m RNA、蛋白质表达以及蛋白质合成效率的差异 .结果表明 :成对数生长的细胞 Stat1的m RNA表达量较对照组增加达 1 0倍左右 ,蛋白质表达增加 3～ 4倍左右 ;G0 期细胞 Stat1的 m RNA表达量较对照组增加约 3～ 4倍 ,蛋白质表达增加约 3～ 4倍 ;对数生长细胞 Stat1蛋白质合成效率明显降低 ,在翻译水平可能有调控 .以上结果提示对数生长和 Go 细胞对 INF-α刺激反应有差异     

叶酸与蛋白质合成

叶酸作为一碳单位携带分子,在机体内发挥着非常重要的作用,它所参与的甲基化作用与蛋白质的合成紧密相关,本文对叶酸影响蛋白质的合成过程做了比较全面的综述,旨在阐明叶酸在蛋白质合成各个阶段中的作用。