线粒体自噬在缺氧条件下适应机制的研究进展

由于线粒体能敏感地感受机体内氧浓度的变化,缺氧时会影响线粒体氧化磷酸化过程中电子传递链的正常功能,抑制ATP生成,产生大量活性氧(ROS)。ROS蓄积导致氧化损伤细胞内脂质、DNA和蛋白质等大分子物质,线粒体肿胀,通透性转换孔开放,释放细胞色素C等促凋亡因子,最终严重影响细胞的存活。因此这些功能异常或受损线粒体是缺氧应激状态下细胞是否存活的危险因素,及时清除这些线粒体,对维持线粒体质量、数量及细胞稳态具有重要意义。线粒体自噬是近年来发现的细胞适应缺氧的一种防御性代谢过程,它通过自噬途径选择性清除损伤、衰老和过量产生ROS的线粒体,促进线粒体更新和循环利用,确保细胞内线粒体功能稳定,保护缺氧应激下细胞的正常生长发挥重要的调节作用。本文就线粒体自噬在缺氧条件下发生过程、参与相关蛋白及调节机制等方面研究进行了综述。     

一氧化氮调控力竭运动诱导的红细胞变形能力下降的研究进展

红细胞(red blood cell, RBC)的变形能力对于保障其氧运输功能的正常发挥具有重要作用。力竭运动导致机体缺氧,出现氧化应激反应,机体氧化还原失稳态, RBC膜结构被破坏。血红蛋白(hemoglobin, Hb)也将被氧化成高铁血红蛋白(methemoglobin, MetHb),与RBC膜骨架蛋白交联并最终引起RBC变形能力下降。一氧化氮(nitric oxide, NO)不仅能够作为内皮舒张因子参与调节机体血流稳态,近年来还发现NO具有调控RBC变形能力的功能。该文以NO调控RBC膜的氧化损伤反应为切入点,梳理NO调控力竭运动诱导的RBC变形能力下降的作用机制,旨在为促进力竭运动后机体氧运输功能的恢复提供理论依据。     

镉诱导拟南芥细胞程序性死亡过程中NO产生和亚细胞定位观察

镉是一种高度有毒的重金属,能够抑制植物生长,甚至导致死亡,但是其诱导细胞程序性死亡(PCD)的分子机制仍然不是很清楚。本文利用荧光探针分子成像和激光共聚焦扫描显微技术,以拟南芥叶肉细胞原生质体为材料,观察100μmol/L CdCl2诱导PCD过程中一氧化氮(NO)的产生和亚细胞定位。结果表明高浓度CdCl2能够明显降低细胞活力,100μmol/L CdCl2能够诱导大量NO产生,在处理12 h后NO产生达到峰值。亚细胞定位观察发现NO荧光首先和线粒体有共定位。随着处理时间的延长在叶绿体和胞质也观察到NO荧光。     

大鼠心肌线粒体Ca2+-ATP酶的制备及活性测定

Ca~(2 )在细胞内有许多重要的功能,它参与不同酶系和多种类型细胞活动的调节。细胞内Ca~(2 )的这些功能需很低的Ca~(2 )浓度(μmol/L或更低),维持细胞浆低Ca~(2 )浓度是与细胞Ca~(2 )调节装置有关,心肌细胞的这类装置包括肌膜、肌浆网、线粒体以及一些与Ca~(2 )结合的蛋白(如钙调素)和小分子物质,其中线粒体是重要的机构之一。Vasington等首次报道了肾脏线粒体对Ca~(2 )的摄取作用,并注意到这一过     

透明颤菌血红蛋白基因调控与功能的研究

透明颤菌(Vitreoscila)血红蛋白(VHB)是一种氧调节、氧结合蛋白。其基因(vgb)已被克隆及表达。Vgb基因表达在转录水平上受氧控制．FNR蛋白作为厌氧激活于介入该调节过程。VHb可与氧结合参与细胞代谢过程,使细胞适应贫氧环境。Vgb基因的氧调控启动子和VHb蛋白的生理功能在基因工程和发酵工程具有良好的应用前景。     

与衰老相关的线粒体功能严重缺陷的胞质杂合细胞的分子特征

该研究组先前建立了含有不同年龄组小鼠神经细胞线粒体的胞质杂合细胞株(其细胞核基因组背景相同),发现老年组较年轻组的胞质杂合细胞线粒体总体功能显著降低。为了研究与衰老相关的线粒体功能严重缺陷的胞质杂合细胞的分子特征,该研究采用3个线粒体总体功能极其低下的老年组胞质杂合细胞株(1个正常功能年轻组胞质杂合细胞株作为对照)作为研究对象。首先,证实氧耗水平和ATP合成显著降低(P0.05或P0.01)。然后,对线粒体DNA(mitochondrial DNA,mt DNA)进行了高通量测序,特别是检出突变型比例低的mt DNA异质性突变,并进一步对呼吸链复合体依赖性氧耗进行了检测。测序结果显示,在老年组胞质杂合细胞中mt DNA点突变明显积累。这些突变包括非编码区的3个变异,据DNA保守性分析结果,其中2个(异质性m.15849GT、m.16289AT)可能为有害的;编码区的4个变异,据DNA和氨基酸保守性分析及蛋白质功能预测结果,其中2个(ND5基因的同质性m.12496TC、Cyt b基因的异质性m.15199AT)可能为有害的。进一步研究结果显示,同时具有复合体I亚基ND5(或复合体III亚基Cyt b)突变和2个调控区突变的胞质杂合细胞,其复合体I(或复合体III)依赖性呼吸显著降低(P0.05或P0.01)。综上,发生于老年组胞质杂合细胞的线粒体总体功能异常,其原因可能为,mt DNA调控区和编码区的异质性和同质性突变,以及多重mt DNA突变的累加引起线粒体呼吸链复合体功能的缺陷,进而导致线粒体总体功能异常,从而促进衰老。     

凋亡信号调节激酶1对细胞凋亡的调节作用

细胞存活与凋亡之间的平衡是多细胞生物正常发育与稳态的关键。细胞凋亡是受多种因素高度调控的细胞程序性死亡过程。凋亡信号调节激酶 1 (ASK1 )是促分裂原活化蛋白激酶激酶激酶家族的成员之一 ,它分别激活SER1 JNK和MKK3 MKK6 p38途径 ,在细胞因子及应激诱导细胞凋亡过程中起着关键作用。TNF受体和Fas信号转导系统在抗凋亡与促凋亡过程中发挥重要作用 ,其中包括TNF受体Ⅰ相关死亡域蛋白 (TRADD)、Fas相关死亡域蛋白 (FADD)等多种蛋白因子。细胞色素C是线粒体依赖性死亡信号 ,受Bcl 2家族蛋白的调节。反应性氧化合物的氧化激活使硫氧还蛋白 (Trx)氧化 ,并与ASK1分离 ,从而激活ASK1造成细胞凋亡。总之 ,许多促凋亡与抗凋亡因子组成复杂的、相互拮抗的机制。在信号转导的各种不同的关卡上 ,这些因子的平衡作用最终决定细胞的生与死。     

线粒体遗传病

线粒体(mitochondrion)是一个敏感而多变的细胞器,是细胞中能量储存和供给的场所。除细菌、蓝绿藻和哺乳类动物成熟红细胞外,所有的真核细胞都有线粒体。1963年Nass在对鸡卵母细胞的研究中首次发现线粒体拥有自己特异的遗传物质——线粒体DNA(mtDNA)。近年来,人们发现线粒体DNA突变与许多人类疾病有关,因而,mtDNA已成为分子遗传学和临床医学所关注的一个热点。1　mtDNA的结构特征mtDNA与核DNA不同,其形状类似于原核细胞的DNA,呈裸露环状。人mtDNA为全长16569bp的双链闭环分子,外环为重链(H链),内环为轻链(L链)。H链与L链的碱基…     

综述: 与神经退行性疾病相关的RNA结合蛋白在线粒体损伤中的作用

线粒体是细胞内制造能量的细胞器,它还负责各种细胞信号的整合,参与协调多种复杂的细胞功能.线粒体是动态变化的,连续不断地进行分裂与融合,这是其功能维持和增殖遗传的关键.在过去20年中,参与线粒体分裂与融合的核心因子陆续被发现,它们在进化上高度保守,但是在形成分裂与融合复合物中的详细分子机制还有待于深入研究.线粒体分裂与融合的动态变化,是线粒体质量控制的重要组成部分,其动态平衡在细胞发育和稳态维持中起重要作用.线粒体动态变化失衡和功能失调,则会导致多种神经退行性疾病的发生.这些研究的发现为探索线粒体生物学及与疾病的关系开拓了令人振奋的新方向.     

一氧化氮的生理作用与心血管疾病关系的研究进展

一氧化氮 (nitric oxide,NO)是 2 0世纪 80年代后期发现的一种新的信使分子。NO可以作为细胞信号对产生它的细胞及附近细胞起作用。NO主要通过刺激鸟苷酸环化酶 (guanylyl cyclase,GC)产生环鸟苷酸 (guanosine 3′,5′- cyclicmonophosphate,c GMP)调节细胞活动 [1]。大量研究证实 NO具有抑制血小板聚集、抑制血管平滑肌细胞 (vascular smooth muscle cells,VSMC)增生 ,调节血管张力等作用 ,还与免疫调节、阴茎勃起等有关。NO在动脉粥样硬化、高血压病、冠心病、心力衰竭等常见心血管疾病的发生、发展过程中起着非常重要的作用。本…     

与神经退行性疾病相关的RNA结合蛋白在线粒体损伤中的作用

线粒体是细胞内制造能量的细胞器,它还负责各种细胞信号的整合,参与协调多种复杂的细胞功能.线粒体是动态变化的,连续不断地进行分裂与融合,这是其功能维持和增殖遗传的关键.在过去20年中,参与线粒体分裂与融合的核心因子陆续被发现,它们在进化上高度保守,但是在形成分裂与融合复合物中的详细分子机制还有待于深入研究.线粒体分裂与融合的动态变化,是线粒体质量控制的重要组成部分,其动态平衡在细胞发育和稳态维持中起重要作用.线粒体动态变化失衡和功能失调,则会导致多种神经退行性疾病的发生.这些研究的发现为探索线粒体生物学及与疾病的关系开拓了令人振奋的新方向.     

ROS信号对植物抗性的调控作用研究进展

活性氧(reactive oxygen species,ROS)是植物体代谢所产生的小分子化合物,既是生长发育和防御途径的关键调节因子,又是需氧代谢的有毒副产物。植物细胞的生理过程受一个被活性氧调节的氧化还原网状途径的调控,本文从植物体内ROS产生的部位与时空特异性、ROS信号与NO和Ca2+波信号的互作等方面综述了ROS信号对植物抗性的调控作用研究进展。     

线粒体与神经系统退行性疾病

现在普遍认为线粒体是控制凋亡的中心 ,线粒体功能的失调可以导致许多神经系统退行性疾病的发生。神经元死亡是一些神经系统退行性疾病的共同特征 ,其中包括帕金森氏病 (ＰＤ)、阿尔茨海默病(ＡＤ)、亨廷顿舞蹈病 (ＨＤ)以及肌萎缩型侧索硬化症(ＡＬＳ)等 ,这些疾病的遗传因素和环境因素现已得到确认 ,其中包括氧化应激 ,Ｃａ2 平衡失调 ,线粒体的功能失调以及胱天蛋白酶 (ｃａｓｐａｓｅ)的激活。研究促进或抑制神经元凋亡的机制可以为预防和治疗神经系统退行性疾病提供新的思路和方法。在一些哺乳动物不同类型的衰老细胞中已发现线粒体膜…     

线粒体相关内质网膜(MAM)钙转运及调节蛋白介导线粒体钙稳态

内质网和线粒体作为细胞内重要的钙池,维持细胞内钙离子稳态。近年来发现,线粒体与内质网之间存在物理偶联,称为线粒体相关内质网膜(mitchondria associated endoplasmic reticulum membrane,MAM)。最近发现,MAM中存在许多钙转运与调节蛋白,它们对内质网与线粒体之间的钙离子交流进行精密调节,维持细胞功能与生存。该文综述了国内外近年来MAM介导的钙离子信号转导的研究进展,重点阐述MAM中钙离子相关蛋白质在维持线粒体钙稳态中的作用与机制。     

温度对南方鲇肝组织离体线粒体代谢耗氧率的影响

于2007年2月,把40尾南方鲇1龄幼鱼分为5个不同的温度处理组,用流水式呼吸仪测定每尾实验鱼的静止代谢率(Ms:mg O2/h·kg),随即处死该实验鱼,提取其肝脏线粒体,采用氧电极在与其静止代谢测定相同的温度条件下以琥珀酸为代谢底物测定其线粒体的代谢耗氧率.在12.5、17.5、22.5、27.5和32.5℃条件下,静止代谢率的值分别为26.64、49.03、73.64、102.40、156.72mg O2/h·kg,单位线粒体蛋白重量的线粒体耗氧率(Mp)分别为12.24、11.76、16.28、21.56和31.43nmol O2/min·mg,单位组织重量的线粒体耗氧率(Mt)则分别为64.02、78.72、117.51、121.57和194.20nmol O2/min·g.为了比较南方鲇肝脏离体线粒体的底物偏好性,在27.5℃条件下还测定了其以丙酮酸 苹果酸为底物时的耗氧率.结果显示:该种鱼肝脏离体线粒体对琥珀酸的氧化代谢能力显著高于丙酮酸 苹果酸(p<0.05);在实验温度范围内,鱼体的Ms、Mp和Mt值分别与温度(T: ℃)之间呈显著的双对数直线相关,协方差分析表明,鱼体静止代谢率与线粒体代谢率回归方程的斜率(温度指数b)差异显著(p<0.05),即鱼体静止代谢率与线粒体代谢率随温度变化的趋势不一致.经过计算发现:在最低实验温度条件下(12.5℃)肝器官线粒体代谢总耗氧率占鱼体静止代谢总耗氧率的比例显著高于其他温度梯度(p<0.05).通过讨论认为:在低温条件下,肝脏线粒体代谢水平随温度下降速率的减小是该种鱼抵抗低温的适应性调节机制.     

解偶联蛋白4的线粒体保护作用

线粒体解偶联蛋白(UCPs)是近年来发现的线粒体膜蛋白家族中的新成员.研究表明,解偶联蛋白4(UCP4)有调节线粒体膜电位、减少氧自由基的生成、调节细胞内钙离子浓度等作用,受细胞代谢、甲状腺激素,以及儿茶酚胺等调节.UCP4主要分布于大脑皮质和海马区,可能在脑血管病、精神分裂症、变性病等线粒体易受损的疾病中起重要作用.     

低功率激光照射诱导的细胞外调节蛋白激酶的激活促进一氧化氮的产生

低功率激光(632.8 nm)照射(Low-power laser irradiation,LPLI)生物组织作为一种无损伤的物理疗法,可以加速细胞生长、血管再生及伤口愈合等过程。一氧化氮(Nitric oxide,NO)是伤口愈合的关键因素之一,其促进炎性细胞的趋化,增强胶原的合成和沉积,刺激细胞增殖和新生血管生成。我们研究发现LPLI可以促进NO的产生,并且抑制细胞外调节蛋白激酶(Extracellular signal-regulated protein kinases,ERK)的活性阻碍了NO的产生,证明LPLI通过活化ERK调控NO的生成。这一研究将为低功率激光照射加速伤口愈合在临床上的应用奠定基础。     

气体信号分子对心血管系统线粒体的作用

气体信号分子是由生物体内生成的、具有生物学效应的气态分子。目前已经发现一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)和硫化氢(H_2S) 3种气体信号分子。气体信号分子具有抗炎、抗氧化、抑制细胞凋亡、舒张血管、保护心脏等作用。线粒体在维持心肌细胞正常能量代谢中发挥重要作用,其功能紊乱会导致多种心血管系统疾病的发生。气体信号分子通过对线粒体的呼吸作用、线粒体的融合与分裂、线粒体自噬,以及活性氧生成等方面进行调控,介导线粒体功能,使心肌细胞维持正常生理功能。本文就3种气体信号分子对心血管系统线粒体的作用予以综述。     

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．     

大鼠心肌线粒体L-Arg/ NO系统对线粒体Ca2+转运功能的影响

目的和方法采用大鼠心肌线粒体体外孵育的方法,观察线粒体L-精氨酸/一氧化氮系统对线粒体Ca2+转运功能的影响.结果NO生成的底物L-Arg (10-4 mol/L)、外源性NO供体硝普纳(5×10-7 mol/L)孵育的线粒体NO-2的生成量分别高于对照组66%、89% (P<0.01);钙含量较对照组分别低40%、54% (P<0.01); 线粒体Ca2+的摄入量较对照组分别减少67%、85%(P<0.01), 线粒体Ca2+释放率(11%、8%)降低与对照组(14%)相比差异显著(P<0.05、P<0.01).NO合酶抑制剂左旋硝基精氨酸甲酯(L-NAME, 10-4 mol/L)与相同浓度的L-Arg共同孵育的线粒体,明显抑制了L-Arg对线粒体的效应,与单纯L-Arg组比较,NO2生成减少,线粒体钙含量和反映线粒体45 Ca2+的摄入与释放能力都接近对照组水平.结论心肌线粒体L-精氨酸/一氧化氮系统参与了线粒体对心肌细胞Ca2+浓度的调节,其生理和病理生理意义值得进一步探讨.