膜通道研究再获诺贝尔奖

2003年的诺贝尔化学奖再次垂青膜通道领域的研究成果:Peter Agre因发现第一个细胞膜水通道蛋白,Roderick Mackinnon则因离子通道三维结构与功能机制方面的突破性成就而共同获奖。他们的研究成果为认识水和离子通过细胞膜的机制奠定了坚实的基础,同时开启了若干全新的生物医学研究领域。 如所周知,细胞膜是一种脂质双层的膜结构。单纯的脂质双层膜对水、离子和其它极性分子的通     

植物膜水通道蛋白

活细胞含有80%以上的水分,水出入细胞和组织是生命代谢的基本过程。长期以来,普遍认为细胞中的水分子以简单的跨膜扩散方式透过脂双层膜。由于在一些研究中发现,生物膜的渗透水通透系数ｐｆ(Ｏｓｍｏｔｉｃｗａｔｅｒｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ)远远大于其扩散水通透系数ｐｄ(ｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｌｗａｔｅｒｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ),因此一些学者推测水分子并不仅以单一的跨膜扩散方式透过生物膜。但是,许多学者对这一看法持不同意见,他们认为水分子在细胞内或细胞间的跨膜扩散速度足以满…     

新型远距离细胞连接结构——膜纳米管

与细胞间讯息传递相关的细胞结构有紧密连接、黏附连接和缝隙连接,但它们都只能在紧密相连的细胞间发挥作用.最近,人们发现了一种能够介导距离较远的细胞间讯息传递的膜系结构,称之为隧道纳米管或膜纳米管.膜纳米管通过促进细胞通讯影响了细胞的生理和病理变化.膜纳米管结构、形成以及功能已有一些研究报道.然而,作为一种新型的细胞间的连接结构,还有很多未知值得深入探索.     

Azone类透皮剂作用机理及一种新型模型膜的研究

使用电子自旋共振波谱技术,采用5—doxyl stearic acid作为自旋标记物,新设计的镶嵌JPM和胆固醇的卵壳膜作为实验模型膜,进行Azone类透皮吸收促进剂的主要作用机理研究.实验证实上述膜是一种很有前途的模型膜.由于Azone透皮剂的作用,增大膜中类脂和自旋标记物的脂肪长链的运动速率,即增强类脂的流动性,使得类脂的序参数值减小,从而证实了前人有关角质化细胞间的类脂相是药物穿透角质层的主要通道的假设.为进一步探讨透皮剂对天然皮肤的作用,采用裸鼠皮肤角质层作为实验模型膜,得到与上述实验相符的结果.     

模型膜实验方法在β淀粉样蛋白与细胞膜间相互作用中的应用与改进

β淀粉样蛋白(amyloid β peptide,Aβ)与细胞膜间的相互作用很可能是阿尔茨海默症病(Alzheimer disease, AD)重要的风险因素。模型膜研究方法在该领域的应用和更新持续至今,但仍存在一些问题有待解决,例如,Aβ插膜后聚集状态与Aβ融合到脂质体膜聚集状态的差异,Aβ插膜后形成微通道的时间及与磷脂成分的关系等。本文试图解析这两个问题,同时,系统地总结出常用的和更新的模型膜研究方法,这些方法包括单层膜插膜及电镜样品的制备,脂质体制备方法的改进,脂质体膜上Aβ42经过高盐及酸清洗后的Western 印迹检测,ANTS-DPX研究脂质体泄漏等。研究结果显示：(1)胞外及膜内Aβ42单体与脂质体膜作用后的聚集状态存在差异,Aβ42单体插膜后更容易聚集成纤维,而膜内融合的Aβ42呈现寡聚体形式;(2) Sepharose CL-4B柱过滤比微型挤出器制备的脂质体更加均一分散;(3)Aβ42在膜上形成微通道很可能是一个缓慢的过程,且与脂质体的磷脂种类相关。这些方法为Aβ42与细胞膜的相互作用提供了实用的研究手段,同时也为其他膜蛋白质与细胞膜的相互作用提供了可以借鉴的办法。研究结果使β淀粉样蛋白代谢过程更加清晰。     

模型膜实验方法在β淀粉样蛋白与细胞膜间相互作用中的应用与改进

β淀粉样蛋白(amyloid β peptide,Aβ)与细胞膜间的相互作用很可能是阿尔茨海默症病(Alzheimer disease, AD)重要的风险因素。模型膜研究方法在该领域的应用和更新持续至今,但仍存在一些问题有待解决,例如,Aβ插膜后聚集状态与Aβ融合到脂质体膜聚集状态的差异,Aβ插膜后形成微通道的时间及与磷脂成分的关系等。本文试图解析这两个问题,同时,系统地总结出常用的和更新的模型膜研究方法,这些方法包括单层膜插膜及电镜样品的制备,脂质体制备方法的改进,脂质体膜上Aβ42经过高盐及酸清洗后的Western 印迹检测,ANTS-DPX研究脂质体泄漏等。研究结果显示：(1)胞外及膜内Aβ42单体与脂质体膜作用后的聚集状态存在差异,Aβ42单体插膜后更容易聚集成纤维,而膜内融合的Aβ42呈现寡聚体形式;(2) Sepharose CL-4B柱过滤比微型挤出器制备的脂质体更加均一分散;(3)Aβ42在膜上形成微通道很可能是一个缓慢的过程,且与脂质体的磷脂种类相关。这些方法为Aβ42与细胞膜的相互作用提供了实用的研究手段,同时也为其他膜蛋白质与细胞膜的相互作用提供了可以借鉴的办法。研究结果使β淀粉样蛋白代谢过程更加清晰。     

缺失p10基因的重组棉铃虫病毒导致多角体囊膜包装不完整

P10蛋白是杆状病毒感染细胞后在极晚期高度表达的两个蛋白之一.本文通过构建p10 缺失的重组棉铃虫病毒来研究P10的功能.利用λ噬菌体Red重组系统介导的同源重组,在大肠杆菌BW25113中,用含有40bp同源臂的氯霉素抗性基因替换了棉铃虫病毒(HaSNPV)细菌人工染色体HaBacHZ8上的p10基因, 然后利用Bac-to-Bac系统把多角体基因和绿色荧光蛋白基因转移到含有缺失p10的HaBacHZ8上, 构建了p10缺失的重组HaBacΔp10- PH-eGFP.重组病毒的生长曲线和生物测定结果表明,缺失p10基因对病毒复制和毒力无显著影响,但电镜观察结果显示,P10的缺失会影响多角体囊膜的包装.     

拟南芥根皮层细胞质膜内向K+通道电生理特性分析

利用膜片钳技术对模式植物拟南芥根皮层细胞原生质体的内向跨膜钾电流进行了全细胞记录,并对内向K+通道的特性进行了分析.结果表明,拟南芥根细胞质膜上的内向K+通道由超极化膜电位所激活;该通道具有较高的K+/Na+选择性,可被TEA+和Ba2+等K+通道阻断剂所抑制,而且对胞内自由Ca2+浓度变化不敏感.这为进一步利用模式植物拟南芥进行植物K+吸收机制以及植物抗盐机制的研究奠定了基础.     

CFTR型氯离子通道研究进展

囊性纤维化跨膜传导调节因子（CFTR）是一种重要的氯离子通道,突变易引起囊性纤维化病变,故得名。一系列研究表明,CFTR由5个结构域组成：两个跨膜结构域形成氯离子通道;两个核苷酸结合结构域调节通道的开闭;一个调节结构域主要影响氯通道的活动。这些结构域通过协同作用共同控制了氯离子的跨膜流动,而一些突变可以影响细胞功能而导致囊性纤维化的发生。本文通过介绍CFTR基本结构、调节机制、与囊性纤维化病变的关系及针对CFTR的治疗而对CFTR型氯离子通道有一个的全面的理解。     

非细胞体系核重建过程中两类膜泡在环形片层及核被膜形成中的作用

非洲爪蟾卵经钙离子载体Ａ２３１８７激活后,在１０,０００ｇ下离心得到爪蟾卵提取物,ＬａｍｂｄａＤＮＡ中入上述提取物可构建出染色质结构,并在染色质表面重建核被膜,同时,在染色质外的区域形成环形片层。核被膜在环形片层有相似的发生途径,它们都是由两类在形态、大小、膜结构上有明显差别的膜泡融合而来,首先是直径２００ｎｍ的圆形小膜泡相互融合成双层膜片层,同时核孔复合体在双层膜上大量装配;以这些双层膜片层为基     

植物钙依赖型蛋白激酶激活液泡膜上的阴离子通道

运用膜片钳技术研究植物钙依赖型蛋白激酶(CDPK)对细胞液泡离子通道的作用,发现它明显地激活液泡膜上一种电流方向与慢液泡(SV)通道电流相反的阴离子通道.用CsCl和GluK作通道阻断试验,结果表明它是一种Cl^-通道,单通道电导约为30pS,不同于SV的50～100 pS.对它在细胞信息传导中的作用作了分析.     

穿膜肽的研究现状及应用

以细胞内物质为靶标的药物(大分子、蛋白质、多肽及核酸)只有穿透细胞膜才能进一步发挥其药效。细胞穿透多肽(穿膜肽)是由少于30个氨基酸残基组成的小肽,它们能够通过与细胞膜相互作用而穿透细胞膜这一天然屏障。穿膜肽大致分为宿主防御肽、基于信号序列的穿膜肽和富含精氨酸的穿膜肽;穿膜肽进入细胞的机制尚未完全阐明,存在倒置微团模型、地毯式模型及打孔模型等假说。穿膜肽能够携带各种物质进入细胞的特性受到人们的关注。我们就穿膜肽的种类、穿膜机制,及其在生物影像学和生物递送系统中的应用做一综述。     

水通道蛋白

水通道蛋白 (aquaporin,AQP)是对水专一的通道蛋白 ,普遍存在于动、植物及微生物中。它所介导的自由水快速被动的跨生物膜转运 ,是水进出细胞的主要途径。1　水通道蛋白的发现长期以来 ,普遍认为细胞内外的水分子是以简单的跨膜扩散方式来透过脂双层膜。后来由于在生物物理学研究中发现红细胞及近端肾小管对渗透压改变引起的水的通透性很高 ,很难单纯以弥散来解释。因此 ,一些学者推测水的跨膜转运除了简单扩散外 ,还存在某种特殊的机制 ,并提出了水通道的概念。1988年 ,Agre等在鉴定人类 Rh血型抗原时 ,偶然在红细胞膜上发现了 1种新的 2…     

AcMNPV的囊膜形成与囊膜蛋白gp64在细胞内的定位

应用电镜观察了重组AcMNPV感染的Sf9细胞,结果表明该病毒的囊膜形成至少有两种形式：一是通过细胞质膜上出芽,二是在核内被膜结构包围而获得囊膜,此外通过核膜出芽也可能是病毒获得囊膜的一种方式。应用免疫荧光技术研究了该病毒在Sf9细胞内囊膜的形成及其与病毒囊膜蛋白gp64间的关系,结果表明gp64主要存在于细胞的质膜与核膜上。该存在方式使得通过出芽而获得囊膜的病毒粒子与核内包被产生的病毒粒子在囊膜成分上有很大差异。     

非细胞体系核重建过程中两类膜泡在环形片层及核被膜形成中的作用

非洲爪蟾卵经钙离子载体A 23187激活后,在10,000g下离心得到爪蟾卵提取物。Lambda DNA加入上述提取物可构建出染色质结构,并在染色质表面重建核被膜,同时在染色质外的区域形成环形片层。核被膜与环形片层有相似的发生途径,它们都是由两类在形态、大小、膜结构上有明显差别的膜泡融合而来。首先是直径200nm的圆形小膜泡相互融合成双层膜片层,同时核孔复合体在双层膜上大量装配,以这些双层膜片层为基础,光滑的大膜泡与之融合导致环形片层的扩张与核被膜的成熟。     

植物水通道蛋白的运输和调节

水通道蛋白是细胞间和细胞内水分运输的主要通道,其运输和调控对于植物细胞的水分稳态和胁迫响应具有重要作用。本文综述了水通道蛋白运输的分子机制以及结构修饰、门控、膜转运和异源四聚体等调节机制。     

穿膜肽TAT和R9的生物学效应的体内体外研究

本文比较了两种常用穿膜肽TAT和R9的体外穿膜效率、对细胞影响以及小鼠活体内不同器官的穿膜效率。非特异性穿膜肽TAT和R9分别为11个氨基酸和9个氨基酸的短肽,能够有效地穿过细胞膜进入细胞。本研究纯化制备出融合蛋白TAT-EGFP及R9-EGFP多肽,用相同浓度的活性TAT-EGFP和R9-EGFP处理肺癌细胞,观察比较二者的穿膜活性及效率;设置不同浓度梯度检测两种穿膜肽是否对细胞产生影响;通过小鼠腹腔注射TAT-EGFP和R9-EGFP活性肽段,研究二者在活体能够穿膜到达的靶位置,并比较分析二者穿膜的效果器官分布。结果显示制备获得的两种融合蛋白TAT-EGFP和R9-EGFP均能有效穿过实现穿膜功能,两种穿膜肽对乳腺癌细胞影响较小。活体试验证明两种穿膜肽在心、肝、脾、肺、肾器官均有分布,R9主要富集在小鼠的肾和肝脏中,TAT在6种被研究的器官都有富集,两种细胞穿膜肽都能透过血脑屏障到达脑部。相对来说,TAT在小鼠活体中的穿膜效果更好,荧光富集多,R9整体穿膜效果较弱。本研究分析比较了两种穿膜肽的细胞安全性浓度和活体的穿膜能力,为TAT和R9两种穿膜肽在后续试验中的合理有效的选择和使用,提供了基础数据和指导性依据。     

囊膜病毒膜融合的分子机制

囊膜病毒可能采用相似的病毒-宿主细胞膜融合机制,即病毒表面糖蛋白结合到宿主细胞受体后,启动了病毒融合蛋白的一系列构象变化,根据囊膜蛋白构象变化特征,囊膜病毒可采用两种以上的方式发生膜融合,并据此分为两类：Ⅰ型病毒膜融合和Ⅱ型病毒膜融合.Ⅱ型病毒膜融合以黄病毒为代表,其分子机制与Ⅰ型病毒膜融合不同,但不很清楚.而Ⅰ型病毒膜融合中,如艾滋病毒,流感病毒等,在囊膜蛋白变构形成稳定折叠的发夹三聚体结构时,拉近了两膜之间的距离,此过程释放出来的能量进一步促使两膜融合.膜融合使病毒蛋白及病毒RNA基因组释放到宿主细胞内而感染宿主.以上述研究为基础设计的C肽/N肽小分子抑制子, 可以在病毒糖蛋白中间体构象形成的短时间内,高效、特异地竞争结合其配体,从而阻止糖蛋白的进一步折叠,达到抑制病毒入侵的目的,为病毒疾病的防治提供了新思路和策略.针对艾滋病毒设计的C肽,即T20或Enfuvirtide在临床应用效果很好.以艾滋病毒和流感病毒为例,主要对Ⅰ型病毒膜融合的研究进展进行了讨论.     

一氧化碳对细胞离子通道的作用研究进展

内源性一氧化碳(carbon monoxide,CO)是一种旁分泌和自分泌气体信息分子,对多种离子通道有调节作用.CO对血管平滑肌细胞和颈动脉体球细胞大电导钙激活钾通道(large-conductance calcium-activated potassium channels,BKCa channels)均有激活作用;对血管平滑肌细胞膜ATP敏感钾通道(ATP-sensitive potassium channels,KATP channels)和心肌线粒体膜KATP通道可能有开放作用;对重组的人双孔钾通道hTREK-1有调节作用;但对钙通道的作用则随细胞类型的不同而不同,可能表现为开放或抑制.     

膜脂物理属性及化学成分对BKCa钾离子通道的调节作用

大电导钙激活电压门控型钾离子通道(BKCa通道)广泛分布于各种组织中,主要由胞内钙离子浓度增加和细胞膜去极化而激活.此外多种膜脂,如脂肪酸、胆固醇、鞘糖脂等可修饰该通道的功能.该通道参与细胞内信号转导、细胞的兴奋及代谢调节等多种生理过程,其功能异常牵涉到特发性癫痫、高血压等疾病的发生.因而对BKCa通道功能的调节作用的研究具有重要的生理学及病理学意义.文章将主要介绍膜脂对BKCa通道功能的调节作用.