铁稳态代谢分子机制及铁磁纳米颗粒研究进展

铁是人体必需微量元素,参与血红蛋白及多种酶的合成,在氧气运输、免疫调节、核酸合成及基因表达调控等多种生理过程中发挥重要作用.铁稳态代谢的维持对于机体正常生长发育至关重要,铁稳态代谢失衡会引发多种疾病.机体铁稳态代谢的调控由多个环节协调控制;在分子水平上,铁调素Hepcidin作为铁稳态代谢的关键调控因子,通过降解小肠上皮细胞和巨噬细胞上的铁外排蛋白Ferroportin,调控机体铁稳态.由此可见,机体内铁稳态代谢的维持是由多因素、多层次的复杂调控网络协调完成.铁不仅是必需的营养物质,还是新型生物材料的重要组分.铁磁纳米颗粒是一类以铁蛋白或Fe_3O_4等作为基础的生物大分子纳米粒子,因其较强的磁导向性和较好的生物兼容性,已被广泛应用于生物医学领域.本文围绕我们团队近年在铁稳态代谢领域的系列原创发现,就铁调素调控铁代谢稳态的分子网络及铁磁纳米颗粒研究国际前沿进展进行系统综述.     

二价铁转运体IRT1的研究历程及最新进展

铁作为生物体内必需的微量元素之一,在细胞的生理生化过程中发挥着重要作用.然而铁营养不足已经严重影响到农业生产乃至威胁着人类健康.铁转运蛋白(IRT1)是植物体吸收二价铁的主要转运体,几乎存在于所有植物中,因此IRT1的研究对了解铁吸收机制和维持体内铁稳态意义重大.近10年对IRT1的研究主要分为3部分:上游转录因子响应环境铁对IRT1表达的调控,IRT1在细胞内的膜泡运输,IRT1在铁生物强化方面的应用.以此为依据,本文首先介绍了IRT1的多跨膜结构及参与金属吸收的位点;其次,总结了对IRT1表达的网络调控;然后分析了细胞水平IRT1细胞内的运输;最后,对IRT1仍有待解决的问题进行分析和展望.     

生命细胞与过渡元素系

维持机体生命所必需的20多种宏量组成元素和微量营养元素,分布在元素周期表的各主副族之中,其中人们较熟悉的必需微量元素, 主要集中在第一过渡系列,对它们的总体宏观研究较少.至于其余稀有分散元素,知之更少.     

生物微量元素与元素周期律

微量元素和机体的关系是现代生物化学和医学中人们普遍关注的问题.在人体内除存在着碳、氮、氢、氧、磷、硫等十一种宏量要素元素外,还有象铁、锌、铜、锰、钼、钴、钒、碘、硒等十来种痕量要素元素.这些生物微量元素与生物大分子结合后,产生各种各样的生物化学作用和特殊的生理功能,因而在维持正常的生命活动中具有极为重要的作用.在自然界中存在着众多的稀有和分散的元素.在生命进化的历程中,由于它们的生物可得性低,以及生物利用效率差,被暂时排除在生物要素元素之外,对它们的生物效应研究甚少,或从未触及.     

植物ABCG转运蛋白功能的研究进展

高等植物中细胞器及细胞之间是由生物膜分隔开来,但在植物的生理代谢及应对逆境胁迫的过程中,细胞器及细胞之间需要大量的信号与物质的交流.多数情况下,这些跨膜交流由膜上的转运蛋白来执行,其中以ABCG亚家族为代表的ABC转运蛋白家族是一类介导多种不同类型物质的跨膜转运以完成相应功能的转运蛋白.植物比其他真核生物拥有数量更多的ABCG转运蛋白,表明植物中ABCG转运蛋白具有多样且重要的功能. ABCG转运蛋白不仅参与植物正常生长发育过程中许多物质的转运,执行诸多重要的生理功能,还广泛参与植物对干旱、重金属、温度、渗透和抗生素等非生物胁迫,以及病原菌、害虫和植物化感作用造成的生物胁迫响应过程中的信号与物质转运,说明ABCG既与植物的正常生长发育相关,也在植物抵抗逆境胁迫中发挥重要作用.本文对植物ABCG转运蛋白的结构、分类、生理功能及在抗生物与非生物逆境胁迫的功能进行系统总结,为深入了解植物ABCG转运蛋白多样化功能、研究趋势和利用植物分子育种技术对ABCG基因进行表达调控以获得具有优良特性的植物新种质提供重要借鉴和参考.     

膜泡相关蛋白OsSEC27P增强缺铁转基因烟草根的H~+分泌

铁是植物必需的微量元素.除了铁的吸收机理Ⅰ和机理Ⅱ外,膜泡运输过程参与铁吸收及铁稳态的维持也有所报道.报道了一个新的膜泡(vesicle)相关基因OsSEC27P,并对其功能进行了分析.基因芯片和实时定量PCR证明,OsSEC27P受缺铁条件诱导上调表达.在转基因烟草悬浮细胞BY-2中表达的OsSEC27P-GFP融合蛋白和FM4-64共定位,证明OsSEC27P蛋白主要集中于细胞内的膜泡中.OsSEC27P过量表达的转基因烟草液体培养基的pH明显下降,通过离子选择性电极扫描技术(SIET),证明是小苗根部缺铁响应的质子分泌显著加强所致.综上认为,膜泡相关蛋白OsSEC27P在缺铁条件下,对增强根的H+释放起着重要的作用.     

铁过载及铁死亡在心脏疾病中的研究进展

铁作为生命必需的营养元素,在机体组织中的代谢平衡对维持正常的生理功能至关重要.人群流行病学研究和动物实验表明,铁过载在心脏疾病的发生发展过程中发挥重要作用,祛铁可有效缓解心脏疾病进展,但机制尚不清楚.近年来,心脏铁稳态代谢及其分子调控机制获得系列重大进展;铁依赖的新型细胞死亡方式——铁死亡(ferroptosis)概念的提出,为深入理解铁过载与心脏疾病间的关联带来了重要契机.近期,作者团队在国际上率先揭示靶向铁死亡是防控心脏疾病有效措施.本综述系统总结了国内外铁过载与铁死亡对心脏疾病发病的影响及作用机制的最新研究进展,并对未来研究方向进行展望与讨论,旨在为心脏疾病预防和治疗提供新思路与新策略.     

微量元素硒与人体健康

硒是人体必需的微量元素之一.硒通过生物的地球化学营养链给人以影响.其与机体的抗氧化能力、免疫功能、抗癌作用等有着重要的关系.文章从硒在机体的存在及对机体的生化功能出发,探讨微量元素硒与人体的健康关系.     

驱动蛋白超家族在多种疾病的发生和发展中的作用

细胞内物质运输是细胞发挥正常生物学功能的基础.驱动蛋白可作为运送细胞内物质的载体,通过与不同的骨架蛋白结合以识别不同的分子货物,从而参与这些分子货物下游的生物学效应.没有运输活性的驱动蛋白也可以通过其自身对某些分子信号通路的调节而发挥其功能.大量研究表明,驱动蛋白广泛地参与了多种疾病的发生发展过程,如神经性疾病、代谢性疾病、肾病、癌症等.本文将对近年来诸多关于驱动蛋白与疾病的研究进行综述.     

核苷转运蛋白的研究进展

生物膜构成了细胞与外界环境之间的一道天然屏障,细胞生存所需的各种营养物质或其代谢产物必须通过这道屏障才能进入或输出细胞.无论是原核还是真核细胞,细胞膜上都存在多种起运输作用的膜蛋白分子,它们以各种不同的机制参与营养物质或代谢产物的转运.根据跨膜转运蛋白（transmembranesolute transporter）起运输作用时的底物特异性、转运机制及转运蛋白间的同源性,Paulsen等人[1]将真核细     

微量元素硒与人体健康

硒是人体必需的微量元素之一。硒通过生物的地球化学营养链给人以影响。其与机体的抗氧化能力、免疫功能、抗癌作用等有着重要的关系。文章从硒在机体的存在及对机体的生化功能出发,探讨微量元素硒与人体的健康关系。     

微管解聚驱动蛋白Kinesin-13的研究进展与展望

微管是细胞骨架的重要组成成分,其在细胞内的动态调节关系着细胞正常生理功能的发挥和维持.目前发现多种参与细胞内微管组装与解聚调控的蛋白,其中发挥微管解聚功能的Kinesin-13驱动蛋白家族被广泛地研究,该蛋白具有控制有丝分裂,调控纤毛组装与解聚和神经轴突发育与修复等功能.本文主要对Kinesin-13微管解聚机制,以及在主要的模式生物中生物学功能与调控机制进行比较与分析.     

葡萄糖转运蛋白细菌同源体的晶体结构

葡萄糖代谢对于细胞维持正常生理功能有着至关重要的作用。然而,葡萄糖无法自由通过细胞膜,从微生物到人,各种生物摄入葡萄糖都需要借助细胞膜上的葡萄糖转运蛋白(glucose transporters,GLUT)来完成。在人的GLUT家族蛋白14个成员中,科     

人红细胞带3蛋白结构域间的通讯

带3蛋白(Band 3)是人红细胞膜上的主要蛋白质,具有阴离子转运的功能.它是目前被研究得最广泛的膜蛋白之一.从结构上看,Band 3可分成两个结构域.其中膜结构域负责其阴离子转运功能,而细胞质结构域则与细胞膜骨架蛋白(如锚蛋白ankyrin等)相联从而起到稳定膜骨架的作用.尽管细胞质结构域对于Band 3膜结构域的阴离子转运功能并不是必需的,然而最近有些证据表明这两个结构域之间可能存在一定的联系,但迄今为止人红细胞Band 3两个结构域之间通讯的分子机制和结构基础仍不清楚.     

Ras类原癌基因产物Ran GTPase在细胞增殖调控中的作用

Ran是一种大量分布于细胞核内的GTP酶, 是Ras类原癌基因大家族中的一员. Ran的功能多种多样, 有许多证据表明Ran及其结合蛋白参与调控细胞周期中的多个过程. 目前比较确认的功能主要包括: 通过调节核质物质转运而调控细胞周期调控因子的定位、调控核膜装配、调控DNA复制、调控纺锤体组装等. 此外, 还有资料显示Ran参与细胞核结构的维持、mRNA转录和剪接、RNA由核内向胞质中转运等. 本文主要对Ran调控核膜装配、DNA复制、纺锤体组装等机理进行评述.     

支链氨基酸与代谢稳态调节

肥胖及其诱发的糖尿病等代谢性疾病在世界范围内呈爆发趋势,因此与这些疾病发生密切相关的营养因素引起人们越来越多的关注.氨基酸作为机体必需的宏量营养素,其基础营养功能和作用已广为人知;近年来,其营养调控功能备受关注.必需氨基酸亮氨酸缺乏时,白色脂肪组织(WAT)内激素敏感性脂肪酶(HSL)介导的脂质动员增强,并且棕色脂肪组织(BAT)内解偶联蛋白1(UCP1)     

土壤-植物体系中锌镉稳定同位素分馏研究进展

稳定同位素分馏技术对于示踪土壤-植物体系中重金属的迁移转化过程具有重要作用.本文阐述了土壤-植物体系中锌镉迁移转化主要涉及的土壤根际过程、根系吸收过程和根部-地上部转运过程及其对应产生的同位素分馏特征.在土壤根际过程,土壤固相对锌、镉的吸附解吸反应影响重金属在土壤溶液中的移动性和同位素组成:锌轻同位素、镉重同位素倾向于被土壤固相释放进入土壤溶液;植物根系活化作用则导致土壤固相结合的锌重同位素的释放.根系吸收过程影响土壤-植物间的同位素分馏:质外体吸附锌重同位素,共质体吸收过程中低亲合力转运系统产生锌轻同位素富集,高亲合力转运系统基本不产生分馏或略产生锌轻同位素富集;植物根系存在含硫基团结合镉,并且仅有低亲合力转运系统对镉轻同位素进行吸收转运.在根部-地上部转运过程,根部区室化作用影响植物体内重金属的迁移和地上部同位素组成:锌重同位素、镉轻同位素倾向于在根部储存,导致锌轻同位素、镉重同位素向地上部迁移.在土壤-植物体系中,锌镉同位素分馏现象存在明显差异,反映出植物对锌镉元素不同的吸收、转运和储存机制.     

大鼠生长至老化过程中在体神经的轴浆转运

神经元轴突缺乏合成蛋白的能力,轴突结构和功能的维持、代谢更新以及损伤后再生修复所需的物质均需在胞体内合成,经轴浆转运供应以定向利用。我们以往工作表明再生神经中部分标记蛋白的轴浆转运速度加快。由于轴突的再生与发育均有出芽、延伸、生长和成熟等动态构筑的变化过程,而神经损伤引起的退变又与老化神经的结构改变有相似之处,因此进一步观察了生长至老化过程中大鼠在体神经轴浆转运的变化。     

有益人体健康的微量元素

我们的身体内含有60多种元素.碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、钠、钙等,占人体原子总数的99.4％,被称为“宏量元素”;铁、铜、锌、锰、硒、碘、硅、钼、氟、镍、铬等元素含量极少,被称为“微量元素”;还有含量更微少的铝、铅、镉、锑、锡、镭、铍及砷等,叫做“超微量元素”.如果后两者元素多了,将损害身体健康.     

神经再生过程中脊髓运动神经元β和γ肌动蛋白的基因表达

神经细胞的特点之一是轴突缺乏合成蛋白的能力,轴突生长发育、代谢更新以及损伤后再生中所需的结构和功能物质必须在神经元胞体内合成,经轴浆转运供应.细胞骨架是轴突构筑的重要组分,其主要组分之一的微管又是转运物质的载体.我们曾经报道再生神经中微管亚基管蛋白的含量和转运速度以及腹角运动神经元中管蛋白mRNA的含量均明显增高,从而满足轴突构筑重建的需要.由于作为细胞骨架的微丝其亚基肌动蛋白的含量在再生神经中也有增加,而肌动蛋白又可能有转运轴浆中小泡的功能,但尚未见再生过程中脊