Computational approaches to understanding protein aggregation in neurodegeneration

The generation of toxic non-native protein conformers has emerged as a unifying thread among disorders such as Alzheimer＇s disease, Parkinson＇s disease, and amyotrophic lateral sclerosis. Atomic-level detail regarding dynamical changes that facilitate protein aggre- gation, as well as the structural features of large-scale ordered aggregates and soluble non-native oligomers, would contribute signifi- cantly to current understanding of these complex phenomena and offer potential strategies for inhibiting formation of cytotoxic species. However, experimental limitations often preclude the acquisition of high-resolution structural and mechanistic information for aggregating systems. Computational methods, particularly those combine both aU-atom and coarse-grained simulations to cover a wide range of time and length scales, have thus emerged as crucial tools for investigating protein aggregation. Here we review the current state of computational methodology for the study of protein self-assembly, with a focus on the application of these methods toward understanding of protein aggregates in human neurodegenerative disorders.     

以子囊菌部分类群的rRNA数据为例,评估不同分区策略对贝叶斯分析效果的影响(英文)

在使用rRNA基因进行系统发育分析过程中,不同位点间进化速度的差异性可能是导致系统误差的一个重要原因。以52个真菌为研究对象,利用rRNA二级结构特征构建分区策略,探讨不同分区策略对贝叶斯分析的影响。结果显示各结构分区的最优核酸替代模型及其参数与分区类型密切相关。与传统的贝叶斯方法相比,使用结构环的分区策略对结果没有显著影响,而引入臂元素的方法却导致更高的边际似然值和支持率。此外,不考虑结构特征,简单的增加子分区数量的分区策略尽管也能导致贝叶斯因素值的增加,却没有提高解决亲缘关系的能力,说明一个合理的分区策略应该基于生物学功能(或二级结构特征)而非纯数学因素。     

敦煌莫高窟第98窟壁画表面菌斑的群落结构分析

【目的】确定第98窟壁画表面白色污染物内微生物微观特征, 分析其群落组成、结构特点及诱发壁画病害微生物产生的因素, 为石窟寺保护和旅游管理提供建议。【方法】利用无菌手术刀收集壁画表面白色污染物样品; 利用扫描电子显微镜(SEM)分析样品中微生物体微观形貌; 通过提取样品总DNA、扩增细菌16S rDNA、构建克隆文库、测序和系统发生关系分析等技术研究壁画微生物群落组成与结构特点。【结果】壁画白色污染物中存在大量具有微生物特征的结构体, 形态多呈短杆状和卵圆形, 大小在 (3.0?5.5)?μm×(1.5?2.5) μm之间。共得到克隆文库序列111条, 主要为变形菌门γ-变形菌亚门肠杆菌科(Enterobacteriaceae)与假单孢菌科(Pseudomonadaceae)成员。群落组成和结构分析表明所得序列主要隶属于肠杆菌属(Enterobacter)、埃希菌属(Escherichia)、固氮菌属(Azotobacter)、沙雷氏菌属(Serratia)和克雷伯菌属(Klebsiella); 埃希菌属和肠杆菌属为优势属, 分别占克隆文库中总序列的46.8%和35.1%, 二者在自然界分布广泛, 大多属于人类致病菌。【结论】莫高窟第98窟壁画表面白色污染物主要为病害细菌生长所形成的菌斑群落集成。变形菌门在壁画细菌克隆文库中占绝对优势, 壁画病害微生物的出现和蔓延可能与该洞窟之前长期旅游开放存在一定关联。     

额尔齐斯河流域垂枝桦林群落结构特征与物种多样性相关分析

为阐明植物群落结构特征和物种多样性之间的相互关系,选择额尔齐斯河流域白桦林国家森林公园的天然垂枝桦(Betula pendula)纯林、垂枝桦苦杨混交林、垂枝桦白柳混交林为研究对象,分林层调查群落的基本特征参数(高度、枝下高、冠幅、胸径、盖度等),计算物种重要值、丰富度指数、多样性指数、均匀度指数,并进行典范对应分析。结果表明:(1)垂枝桦白柳混交林的乔木层树高、枝下高和灌木层的地径、盖度均最高;3种群落的草本层特征参数(除基径)均具有显著差异;垂枝桦白柳林的盖度分别比垂枝桦苦杨林和垂枝桦纯林高19.1%和51.8%。(2)3种群落的乔木层重要值最高为垂枝桦,灌木层为疏花蔷薇(Rosa laxa)、阿尔泰山楂(Crataegus altaica),草本层为莎薹草(Carex bohemica)。(3)3种群落类型中乔木层的丰富度指数R、Simpson指数、Shannon-Wiener指数和灌木层的Pielou指数、Alatalo指数呈现出相同规律,即垂枝桦白柳混交林>垂枝桦苦杨混交林>垂枝桦纯林;草本层中除Alatalo指数之外,其他指数均呈现垂枝桦纯林>垂枝桦苦杨混交林>垂枝桦白柳混交林(P>0.05)。(4)CCA排序结果表明,不同垂枝桦林群落结构特征与物种多样性关系有差异。其中,垂枝桦纯林中,对物种多样性影响最大的是乔木枝下高、灌木株高、冠幅以及草本盖度;垂枝桦苦杨混交林中,对物种多样性影响最大的是乔木高度和冠幅、灌木冠幅和草本高度;垂枝桦白柳林中,对物种多样性影响最大的是乔木胸径、灌木冠幅、盖度以及草本高度。研究表明,乔木枝下高度、灌木冠幅、草本高度是影响3种群落类型物种多样性的主要因素。     

甘肃马鹿myogenin基因克隆、序列结构特征预测及其分子系统进化分析

根据GenBank中公布的绵羊、水牛、猪、小鼠及人的肌细胞生成素基因(myogenin)DNA序列,设计了3对引物,采用PCR扩增和克隆技术,首次从甘肃马鹿血液基因组中获得了myogenin基因序列,并利用生物信息学方法对甘肃马鹿该基因核苷酸及其编码氨基酸序列的结构特征进行初步预测和分析,进一步基于该基因氨基酸序列构建了15个物种的分子系统进化树。结果表明,获得的甘肃马鹿myogenin基因序列大小为3168bp(GenBank登录号:FJ746497),包括3个外显子、2个内含子、部分5'UTR和3'UTR,其序列包括1个684bp的开放阅读框,编码227个氨基酸,myogenin蛋白理论分子质量为25.2493kDa,PI为5.68,不稳定系数是66.22,属于酸性不稳定蛋白质。进一步分析发现,该序列不含有信号肽和跨膜区域,含有11个广泛磷酸化位点,第1～136个氨基酸为甘肃马鹿myogenin基因bHLH保守结构功能域,二级结构以无规则卷曲和α-螺旋为主。序列相似性及分子系统进化分析显示,甘肃马鹿myogenin基因与反刍动物山羊、绵羊和水牛的亲缘关系最近。甘肃马鹿myogenin基因的克隆及序列结构特征的生物信息学预测为进一步探讨鹿科动物肌肉生长发育的分子调控机理奠定了理论基础。     

走进婆罗洲（马来西亚）热带再林

热带雨林具有独特的外貌和结构特征,与世界上其他森林类型有清楚的区别,它主要生长在年平均温度24℃以上、或者最冷月平均温度18℃以上的热带潮湿低地。在世界上,热带雨林主要分布在美洲、亚洲和非洲的热带地区。     

猪生殖与呼吸综合征病毒的基因组及致病的分子基础

猪生殖与呼吸综合征病毒(Porcine reproductive and res-piratory syndrome virus,PRRSV)以引起母猪的生殖障碍及仔猪的呼吸道症状为特征。PRRSV属于尼多病毒目、动脉炎病毒属。PRRSV的基因组为一单股正链RNA分子,由大约15 000个核苷酸组成,含有8个开放性阅读框架(ORFs),其线性排列顺序为5-′NCR-ORF1a/1b-ORF2-GP3-GP4-GP5-M-N-NCR-3′。大量研究表明PRRSV基因组的结构特征、表达模式及与宿主的相互作用构成了PRRSV致病的分子基础,系统了解该方面的研究进展对开展PRRSV致病机理和新型疫苗等方面的研究将有所帮助。1…     

小热休克蛋白的结构和功能

小热休克蛋白（small heat shock protein,sHSP）几乎存在于所有生物体中,其主要结构是一个保守的α晶体蛋白(α-crystallin)结构域,由约90个氨基酸残基组成,与其相邻的是可变的N端域. N端域能够调节低聚体形成、亚单位动力学及其与底物的结合.sHSP能够与细胞内各组分（蛋白质、细胞核、细胞骨架元件、膜）进行相互作用,以维持细胞的稳定.小热休克蛋白家族成员的共同特点是特殊丝氨酸残基上的磷酸化,磷酸化作用对于受到胁迫时的细胞非常重要.由MAPKAP激酶 2/3和p38参与的级联反应能够诱导sHSP发生磷酸化,从而调节sHSP的低聚体状态,而低聚体状态和sHSP的生物学功能密切相关.本文介绍sHSP的结构特征和细胞内的作用底物,并讨论sHSP被不同的蛋白激酶磷酸化及磷酸化作用对低聚体状态和伴侣活性的影响.     

细菌中I型毒素蛋白与细胞膜相互作用机制的研究进展

I型毒素-抗毒素（TA）系统在细菌基因组中广泛存在,在细菌的生长、生存中发挥多种生物学功能,包括抗菌、红细胞毒性、促进持留菌形成、抑制细菌生长或导致细菌休眠等。绝大部分I型毒素蛋白以细胞膜作为靶标,目前已知的一种作用机制是在细胞膜上形成孔洞结构,造成膜电位的下降或细胞膜的破坏,从而抑制ATP的合成或导致细菌死亡;另一种可能的作用机制是毒素蛋白作用在细胞膜上,改变细胞的形状,导致细胞进入休眠状态。I型毒素蛋白-细胞膜作用机制的复杂性和生物功能的多样性远超预期。因此,解析I型毒素蛋白在不同细胞膜中的组装机制及其所形成结构特征就变得非常重要,这也是揭示其结构-功能关系的关键。本文通过综述已报道的I型TA系统的结构特征与生物学功能,结合对其跨膜结构域的预测,探讨了其可能在细胞膜中形成的不同结构及其对功能的影响,分析了影响作用机制的关键因素。这些研究既给耐药细菌的治疗带来机遇,又为新型抗菌药物的研发带来思路。     

木犀科植物叶绿体基因组结构特征和系统发育关系

木犀科11属19个种叶绿体基因组的一般特征和变异特征的比较分析显示, 结果表明, 该科叶绿体基因组大小为154-165 kb, 其差异主要是大单拷贝(LSC)长度的差异所致。Jasminum属3个物种的叶绿体基因组长度与其余物种有较大差异, 该属clpP基因内含子和accD基因丢失。共线性分析表明, Jasminum属3个物种多个基因出现基因重排现象, 倒位可能是重排的主要原因。Jasminum属在IRb/SSC和SSC/IRa边界的基因均与其它物种不同; 重复序列与SSR数量检测结果表明, Jasminum属与其余物种在数量及重复长度上差异较大。基于CDS数据构建的系统发育树表明, Abeliophyllum distichum和Forsythia suspensa为木犀科中较早分化的类群。