秀丽线虫胰岛素类生长因子和雷帕霉素受体信号通路对衰老的调节作用

衰老表现为随着时间推移而带来的功能上的衰退和死亡率的上升.利用模式生物,研究人员已经证明,衰老受高度保守的信号通路所调控,而且遗传与环境因素的改变可以显著延长寿命并延缓功能上的衰退.作为一种模式生物,秀丽线虫由于其遗传操作的简单性以及基因组的高度保守性,已被广泛应用于现代生物学研究中.许多关于衰老的分子机理最初是在秀丽线虫中被阐明的.本文总结了秀丽线虫中高度保守的胰岛素类生长因子(IGF-1)和雷帕霉素受体(TOR)这两条信号通路调控衰老的研究进展,并对未来的研究方向展开了评述.     

综述: 衰老相关microRNAs研究进展

microRNAs(miRNAs)是一类长度约22个核苷酸的非编码RNA.这是一种广泛存在于真核生物中的内源性单链小分子RNA,miRNAs通过部分碱基对互补方式与靶基因结合,在转录和转录后水平调节靶基因表达.最近研究发现,miRNAs可以靶向多个衰老相关信号通路,在线虫、果蝇、小鼠和人类的衰老过程中发挥了重要的调控作用.本文总结了近年来与衰老相关的miRNAs的研究进展,首先介绍衰老相关的信号通路,然后重点介绍与线虫和哺乳动物衰老有关的miRNAs,以及这些miRNAs如何调控衰老相关信号通路,从而影响细胞、组织和整个机体的衰老进程和衰老相关性疾病,最后展望该领域未来的研究方向.     

综述与专论: 线粒体未折叠蛋白反应调控线虫衰老研究进展

蛋白质稳态是生物细胞应对压力的核心。线粒体作为一种重要的细胞器,依赖复杂的蛋白质网络行使正常功能,因此蛋白质稳态对其十分重要。当生物体受到外界压力,产生了蛋白质稳态的改变,为了维持机体功能的正常运转,细胞会激活一种称为线粒体未折叠蛋白反应的转录应答机制,从而维持线粒体蛋白质稳态,恢复线粒体功能,以应对压力,保持机体健康。本文主要介绍了线粒体的特征,线粒体未折叠蛋白反应的概念,线虫中线粒体未折叠蛋白反应的信号转导机制,以及线粒体未折叠蛋白反应对线虫衰老的影响。     

综述: mTOR信号通路与衰老及衰老相关重大疾病

衰老引起多器官功能衰减,导致各种衰老相关代谢、心血管重大疾病发生和发展.哺乳动物雷帕霉素靶蛋白/雷帕霉素机能靶蛋白(mammalian/mechanistic target of rapamycin,mTOR)信号通路作为生长、发育、代谢、免疫、癌症等生理活动的主要调控者,通过影响细胞自噬、内质网应激、线粒体等形成复杂调控网络,在衰老与长寿中发挥关键作用.mTOR信号通路与许多衰老相关重大疾病(如代谢综合征、心血管疾病、神经退行性病变、肿瘤等)的发生发展密切相关,故以mTOR为靶点的药物开发与应用是未来延缓衰老及治疗衰老相关疾病的热点之一.     

雷帕霉素对内皮细胞迁移和血管内皮生长因子表达的影响

目的：研究不同浓度的雷帕霉素对体外培养的人血管内皮细胞（rE）4移及血管内皮生长因子（VEGF）表达的影响。方法：用含10％胎牛血清的细胞培养基（DMEM）培养正常VE细胞,用10nM,50nM,100nM和200nM的雷帕霉素孵育vE细胞24h,Westernbloting测定雷帕霉素对VE中mTOR和VEGF表达的影响,Transwell迁移模型观察不同浓度的雷帕霉素对内皮细胞迁移影响。结果：①雷帕霉素可显著抑制VE的迁移,除了在100riM之外,基本呈浓度依赖性的。100nM雷帕霉素对VE迁移的抑制作用显著减弱（P〈0．01）。②雷帕霉素对mTOR和VEGF165的表达呈浓度依赖性的抑制;而VEGF121的表达则是先升高后降低,在100nM雷帕霉素时表达最高,远远高于该浓度雷帕霉素时VEGF165的表达,可以解释100nM雷帕霉素时VE迁移抑制显著减轻的现象。结论：雷帕霉素抑制了VEGF165的表达,并且其对VE迁移抑制的效应主要由VEGF165表达减少所介导。VEGF121的表达在一定雷帕霉素浓度范围内可显著上调,从而显著改善了雷帕霉素诱导的VEGF165表达减少所致的内皮细胞迁移抑制。     

雷帕霉素对内皮细胞迁移和血管内皮生长因子表达的影响

目的:研究不同浓度的雷帕霉素对体外培养的人血管内皮细胞(VE)迁移及血管内皮生长因子(VEGF)表达的影响。方法:用含10%胎牛血清的细胞培养基(DMEM)培养正常VE细胞,用10nM,50nM,100nM和200nM的雷帕霉素孵育VE细胞24 h,Western bloting测定雷帕霉素对VE中mTOR和VEGF表达的影响,Transwell迁移模型观察不同浓度的雷帕霉素对内皮细胞迁移影响。结果:①雷帕霉素可显著抑制VE的迁移,除了在100nM之外,基本呈浓度依赖性的。100nM雷帕霉素对VE迁移的抑制作用显著减弱(P<0.01)。②雷帕霉素对mTOR和VEGF165的表达呈浓度依赖性的抑制;而VEGF121的表达则是先升高后降低,在100nM雷帕霉素时表达最高,远远高于该浓度雷帕霉素时VEGF165的表达,可以解释100nM雷帕霉素时VE迁移抑制显著减轻的现象。结论:雷帕霉素抑制了VEGF165的表达,并且其对VE迁移抑制的效应主要由VEGF165表达减少所介导。VEGF121的表达在一定雷帕霉素浓度范围内可显著上调,从而显著改善了雷帕霉素诱导的VEGF165表达减少所致的内皮细胞迁移抑制。     

综述:mTOR信号通路与“炎-癌”转变

慢性炎症是指刺激因素持续作用或其他原因导致的难以消退的炎症反应．它与许多重大疾病的发生、发展密切相关．近年来,慢性炎症在癌症发生发展中的关键作用得到普遍认可,其促癌作用的机制已成为当前生命科学研究热点之一．哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)是接受细胞内外各种信号、调节细胞生长与代谢的关键分子,多数肿瘤存在mTOR通路的过度激活．最近,我们与其他实验室的研究发现mTOR通路在“炎-癌”转变中起重要作用．本综述将对慢性炎症与癌症的关系、慢性炎症的促癌作用机制做一概括介绍,重点讨论mTOR信号通路介导慢性炎症促癌效应的作用、机制及未来研究方向,为慢性炎症恶性转化分子机制研究提供新的观点．     

综述: 造血干细胞衰老的研究进展

成体干细胞衰老是组织器官老化的重要原因之一.越来越多的证据显示,免疫系统的衰老起始于造血干细胞(HSC)功能的下降,即造血干细胞的衰老直接影响免疫系统的功能.然而,有关HSC衰老的机理和分子机制仍旧不清楚.在这篇综述中,我们总结了造血干细胞衰老的表型,同时从细胞内在及外在两个方面探讨论了HSC衰老的分子机制.     

类胰岛素生长因子-Ⅰ和胰岛素表现其功能的结构和分子基础

综述了近年来关于IGF-Ⅰ和胰岛素表现生理功能的结构基础和分子基础研究进展.IGF-Ⅰ和胰岛素是胰岛素家族中的2个重要成员, 两者的分子结构高度同源, 两者的受体相似且属同一家族, 两者的生理功能可彼此交叉, 但各自具有主要的生理功能.IGF-Ⅰ的主要生理功能是促进细胞生长, 胰岛素的主要生理功能是促进葡萄糖的摄取和代谢.生物大分子的功能及其表现的基础是分子结构及参与功能表现的诸多分子, 如受体、信号分子等等.     

选择性雌激素受体β激动剂对子宫腺肌病模型小鼠孕激素受体和胰岛素样生长因子-1的影响

摘要 目的：探讨选择性雌激素β受体（Estrogen Receptor beta,ERβ）激动剂对子宫腺肌病模型小鼠孕激素受体和胰岛素样生长因子-1的影响。方法：子宫腺肌病小鼠(n=30)随机平分为三组-模型组、孕三烯酮组与选择性ERβ激动剂组。模型组每日灌胃蒸馏水0.4 mL/20 g体重,孕三烯酮组每日灌胃孕三烯酮水溶液0.008 mg/20 g体重,选择性ERβ激动剂组每日灌胃WAY-32255水溶液0.008 mg/20 g体重,连续口服14 d。结果：孕三烯酮组与选择性ERβ激动剂组治疗第7 d与第14 d的小鼠体重高于模型组（P<0.05）,选择性ERβ激动剂组高于孕三烯酮组（P<0.05）。孕三烯酮组与选择性ERβ激动剂组治疗第7 d与第14 d的子宫病理评分低于模型组（P<0.05）,选择性ERβ激动剂组低于孕三烯酮组（P<0.05）。孕三烯酮组与选择性ERβ激动剂组治疗第7 d与第14 d的血清孕激素受体（Progesterone receptor,PR）和胰岛素样生长因子（insulin like growth factor,IGF-1）含量低于模型组（P<0.05）,选择性ERβ激动剂组低于孕三烯酮组（P<0.05）。孕三烯酮组与选择性ERβ激动剂组治疗第7 d与第14 d的子宫RhoA和ROCK蛋白相对表达水平低于模型组（P<0.05）,选择性ERβ激动剂组低于孕三烯酮组（P<0.05）。结论：选择性ERβ激动剂对子宫腺肌病模型小鼠的应用能抑制血清PR和IGF-1的释放,降低RhoA和ROCK蛋白的表达,从而能改善子宫病理状况,提高小鼠体重。     

双顺反子表达技术在线虫神经元钙成像中的应用

在线虫中,钙成像技术已被广泛用于检测不同神经元的活性.然而,对于准确记录爬行中的活体线虫神经元钙信号仍然存在许多挑战,其中一个困难即来自于标记目标神经元。在同一个目标神经元中共同表达基因编码的钙指示蛋白和常量参考值荧光蛋白常常具有无法共表达的不确定性.另外,光谱的串扰影响存在于目前最常用的绿色钙指示蛋白系列G-CaMP与其参考值荧光蛋白DsRed系列之间,光谱的串扰有时会给信号记录带来假阳性结果.综上所述,本文首次提出应用双顺反子表达技术用于同一神经元的双蛋白标记,这不仅提高了共表达效率,更简化了线虫神经元标记的工作量.同时,本文还首次采用mKate2,一种与G-CaMP没有串扰的红色荧光蛋白作为参考量.以上改进已在感觉神经元ASH中得到验证.希望本文提出的方法能给线虫神经回路的研究提供一个更为方便、有效的途径.     

Recent Progress in Regulation of Aging by Insulin/IGF-1 Signaling in Caenorhabditis elegans

Caenorhabditis elegans has been used as a major model organism to identify genetic factors that regulate organismal aging and longevity. Insulin/insulin-like growth factor 1 (IGF-1) signaling (IIS) regulates aging in many species, ranging from nematodes to humans. C. elegans is a nonpathogenic genetic nematode model, which has been extensively utilized to identify molecular and cellular components that function in organismal aging and longevity. Here, we review the recent progress in the role of IIS in aging and longevity, which involves direct regulation of protein and RNA homeostasis, stress resistance, metabolism and the activities of the endocrine system. We also discuss recently identified genetic factors that interact with canonical IIS components to regulate aging and health span in C. elegans. We expect this review to provide valuable insights into understanding animal aging, which could eventually help develop anti-aging drugs for humans.     

UNC-10在致密核心囊泡分泌过程中的作用

Rim是囊泡分泌活性区中的重要组成蛋白,它与细胞分泌和突触可塑性相关．在秀丽隐感线虫中只存在一种编码Rim的基因即unc-10．我们的研究发现,在线虫中Rim的基因突变unc-10(md1117)会导致致密核心囊泡的分泌缺陷．在活体中,unc-10突变虫系的神经多肽分泌显著下降．此外,在主要分泌致密核心囊泡的ALA神经元内,钙光解释放促发的快相分泌也比野生型减少．运用全内反射荧光显微成像技术,我们观察在unc-10缺失的情况下ALA 神经元中致密核心囊泡的锚定过程,结果显示在细胞膜附近停留的囊泡数目减少,表明囊泡锚定受到阻碍．上述试验结果表明,UNC-10能够影响致密核心囊泡的分泌过程,其机制可能是影响了囊泡的锚定过程．     

计算机视觉在线虫进食行为自动分析中的应用

秀丽隐杆线虫被广泛地用作研究基因与行为关系的绝佳模式生物.线虫的咽部神经元回路控制着复杂的进食行为.为了研究进食行为的分子机制,有必要对线虫进食行为表型分析鉴定.然而,目前为止,几乎所有的线虫进食行为表型鉴定都是通过人眼来判断.因为其泵入食物的肌肉运动频率高,该行为的分析是很困难而且效率低下的.为解决这个问题,我们设计了基于计算机视觉技术的自动化成像系统来高通量分析线虫进食行为表型.此成像系统对进食表型的检测准确率达到98%以上,并使得连续可靠地分析其表型细微变化成为可能.同时,在保证高准确率的前提下单位时间内分析数据的效率比人工分析提高了3倍.     

The C. elegans sex determination gene laf-1 encodes a putative DEAD-box RNA helicase

The Caenorhabditis elegans gene laf-1 is critical for both embryonic development and sex determination. Laf-1 is thought to promote male cell fates by negatively regulating expression of tra-2 in both hermaphrodites and males. We cloned laf-1 and established that it encodes a putative DEAD-box RNA helicase related to Saccharomyces cerevisiae Ded1p and Drosophila Vasa. Three sequenced laf-1 mutations are missense alleles affecting a small region of the protein in or near helicase motif III. We demonstrate that the phenotypes resulting from laf-1 mutations are due to loss or reduction of laf-1 function, and that both laf-1 and a related helicase vbh-1 function in germline sex determination. Laf-1 mRNA is expressed in both males and hermaphrodites and in both the germline and soma of hermaphrodites. It is expressed at all developmental stages and is most abundant in embryos. LAF-1 is predominantly, if not exclusively, cytoplasmic and colocalizes with PGL-1 in P granules of germline precursor cells. Previous results suggest that laf-1 functions to negatively regulate expression of the sex determination protein TRA-2, and we find that the abundance of TRA-2 is modestly elevated in laf-1/+ females. We discuss potential functions of LAF-1 as a helicase and its roles in sex determination.     

线虫基因显微注射和整合技术——设备、操作与指南

秀丽线虫(Caenorhabditis elegans)是研究动物遗传、个体发育和行为活动的重要模式生物,其主要优点是能够研究从分子细胞水平到整体系统水平的相关生命活动的作用机理．其中基因显微注射和整合是该领域的核心技术,广泛应用于研究线虫的基因表达、功能和基因间的相互作用等．显微注射技术使用尖端开口直径为微米级的玻璃微管,将所研究的目的DNA注射进线虫的性腺．注射的DNA被成熟的卵细胞吸收,以染色体外遗传物质的形式存在．但这种形式并不能稳定遗传,可采用基因整合技术将外源基因整合到染色体上,得到稳定遗传的线虫种系．显微注射是一项精细的实验技术,影响实验成功与否的因素较多,实际操作需要有一定的经验．在实践过程中逐步改进和完善了这项技术,在此主要介绍线虫显微注射技术的操作过程、创新方法以及注意细节．     

线虫核糖核蛋白基因内含子与相应编码序列的相互作用

对线虫核糖核蛋白基因内含子序列与相应编码序列采用Smith-Waterman方法做局域比对分析,探讨两者之间的相互作用机制．发现内含子中部序列确实存在与相应编码序列的相互作用区域．第一内含子的最佳匹配分布在内含子15%～55%的区域内,第二内含子的最佳匹配分布在内含子30%～80%的区域内．对于长内含子,在与外显子序列比对时,最佳匹配分布在内含子5%～20% 区域内,在与整个编码序列比对时,出现了两个峰区,一个位于内含子15%～30%区域内,另一个位于内含子54%～78%区域内．推测第一个峰区与外显子内部序列有关,第二个峰区与外显子-外显子结合区域的序列有关．还发现编码序列上存在多个与内含子序列的相互作用域和一些禁配区域分布．推测这些禁配区域与蛋白质结合区域有关．结论印证了内含子序列与相应编码序列协同进化的观点．