细胞的“快递员”——囊泡——2013年诺贝尔生理学或医学奖

在电子商务高度发达的今天,快递员在各地的大街小巷中穿梭．把包裹为人们快递到家。在我们身体内。也有不少“快递员”在忙忙碌碌地输送着各种物质,有的是营养物,有的是垃圾,有的甚至是毒素。其中有一类“快递员”专门帮助细胞运输物质,这个“快递员”的名字叫囊泡。囊泡究竟是怎样运输物质的呢？美国和德国的共三位科学家对此进行了深入研究．他们因此获得了2013年生理学或医学奖。这三位科学家分别是美国生物学家詹姆斯·罗斯曼、兰迪·谢克曼和德国生物化学家托马斯·祖德霍夫。     

细胞囊泡运输系统与人类健康——2013年诺贝尔生理学或医学奖简介

人类对健康的孜孜以求推动了生命科学领域的不断创新和发展,从20 世纪80 年代兰迪·W?谢克曼(Randy W. Schekman)和詹姆斯?E?罗斯曼(James E. Rothman)分别对酵母细胞进行研究,通过生物电镜观察到囊泡运输系统并给出定义,到托马斯?C?苏德霍夫(Thomas C. Südhof)在神经细胞突触传导中证实了囊泡运输系统的时空调控性,囊泡运输系统作为细胞的基本组成,受到了越来越深入的研究。囊泡运输系统经由精密的调控广泛地参与诸多生命活动过程,与多种生命现象相关,囊泡运输系统障碍可能导致多种人类疾病,深入透彻地理解这些生物学现象和作用机制,对于攻克人类疾病,保障人类健康具有十分深远的意义。     

走近诺贝尔奖(四) 细胞的“快递员”——囊泡

<正>生物体内细胞的正常运转有赖于让正确的分子在正确的时间抵达正确的位置。美、德两国的三位科学家因为发现细胞内的运输机制而获得2013年诺贝尔生理学或医学奖。在物流高度发达的今天,快递员正在各地的大街小巷中穿梭,把包裹按时为人们准确快递到家。其实,在我们身体内,也有不少"快递员"在忙忙碌碌地输送着各种物质,有的是营养物,有的是垃圾,有的甚至是毒素。其中有一类"快递员"专门帮助细胞运输物质,这个"快递员"的名字叫"囊泡"。     

走迈诺贝尔奖(四)细胞的“快递员”——囊泡

在物流高度发达的今天,快递员正在各地的大街小巷中穿梭,把包裹按时为人们准确快递到家.其实,在我们身体内,也有不少“快递员”在忙忙碌碌地输送着各种物质,有的是营养物,有的是垃圾,有的甚至是毒素.其中有一类“快递员”专门帮助细胞运输物质,这个“快递员”的名字叫“囊泡”.     

细胞外囊泡及其在疾病诊疗中的应用

细胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)是细胞分泌的一种脂质囊泡,尺寸介于30～5000 nm.通过不同的发生机理, EVs可以形成微囊泡体(microvesicles)、凋亡小体(apoptotic bodies)和外泌体(exosomes)等.它们通过携带母细胞的不同脂质、蛋白质和核酸等活性成分来靶向附近或远端细胞,在细胞的信息交流及生理病理过程中均具有重要作用. EVs在生物体系内广泛存在,其生物学功能也越来越多地被认识,或许正在成为一个"细胞外囊泡生物学"领域.对EVs性质的认识也促进了相关应用研究,涉及疾病诊断、治疗和药物运送等.本文重点阐述了EVs的生物起源、生物组成、生物学特性、生物学功能、制备和表征手段,并针对EVs在疾病诊疗中的应用所面临的问题开展讨论.可以预期,对EVs形成和调控机理的深入认识,一方面有助于我们更好地理解EVs的生物学功能、异质性和功能多样性;另一方面有可能基于这些知识来解决EVs开发应用中的瓶颈问题.     

葛根素与卵磷脂囊泡的相互作用

通过紫外可见光谱、红外光谱、Zeta电势和量子力学从头算等方法研究了生理条件下(pH 7.4) 葛根素与卵磷脂囊泡的相互作用. 结果表明, 在卵磷脂囊泡体系中, 葛根素能与囊泡发生显著的相互作 用, 葛根素主要以分子中的B环部分定位于囊泡的疏水微区中, 并且卵磷脂体系有利于葛根素分子的酸碱平衡向去质子化的方向移动. 葛根素分子上的羟基与磷脂分子的极性头基在膜/水界面上形成的氢键结构增强了卵磷脂双层膜的规整性和稳定性, 从而导致磷脂膜的流动性和渗透性的降低.     

囊泡的自发形成——两类表面活性剂复配

开展十二烷基磺基甜菜碱(DSB)与双(2-乙基己基)琥珀酸磺酸钠(AOT)复配体系研究, 发现在某些配比下能自发形成囊泡, 并用负染色法TEM、冷冻蚀刻TEM、量热、动态光散射等方法进行表征. NaCl的加入可以促进囊泡的形成, 并得到了分散度小于0.1的单分散的囊泡, 这种现象尚未见有关文献报道. 同时开展该体系囊泡形成过程的量热研究, 发现单分散体系的热效应最大. 最后从表面活性剂分子排列参数、结构、构象和相互作用的角度对囊泡形成的机理进行了探讨.     

Al3+-配位作用诱导的囊泡相

合成了表面活性剂月桂酸铝[(C₁₁H₂₃COO)₃Al], 对其与非离子表面活性剂十四烷基二甲基氧化胺(C₁₄DMAO)混合体系在水溶液中的相行为进行了研究, 观察到了Lα-相, 并利用偏光显微镜(POM)和透射电子显微镜(TEM)确认了多层囊泡的存在. 该囊泡相的形成是Al³⁺的金属配位作用所导致的, 此类配位囊泡相可被用作无机纳米材料制备的前驱体.     

植物膜蛋白的囊泡转运及调控机制的研究进展

膜蛋白的囊泡转运对维持植物的生长发育、细胞内外的物质交换、细胞识别、免疫应答、信号转导等生物学过程具有重要的生理学意义.近年来,随着超分辨显微技术和蛋白标记方法的更新和进步,对膜蛋白转运相关机制的研究也取得了很大进展.尽管当前对囊泡转运机制的研究手段或技术方法有很多,但关于膜蛋白囊泡转运途径及其研究技术方法缺少系统的总结.本综述首先介绍了膜蛋白囊泡转运所涉及的相关细胞器,全面总结了植物膜蛋白的不同囊泡转运途径,并在此基础上,系统概括了研究植物囊泡转运所使用的化学方法和突变体;最后,展望了植物膜蛋白囊泡转运途径中的研究前景,以期为了解和阐明植物体如何感知及适应环境的调控机制提供一定的思路和见解.     

利用TIRFM技术检测PC12细胞中类突触小囊泡的锚定和融合特性

受到广泛关注的神经递质的释放是通过突触囊泡与突触前膜的融合完成的.通过对单个囊泡动力学的分析发现,在突触囊泡分泌过程中除了"完全融合"(full fusion)模式外,还存在着"部分融合即离开"(kiss and run)和"部分融合且停留"(kiss and stay)两种融合模式.在神经元受到强烈刺激时,这两种分泌模式尤为重要.同时突触囊泡融合前的转运、锚定、激活过程在神经递质的释放和调节过程中起着很关键的作用.在高K 刺激下的PC12细胞中,我们运用全内反射荧光显微镜(total internal reflection fluorescence microscopy,TIRFM)技术,通过VAMP2-pHluorin和VAChT-TDimer2双色荧光成像的方法跟踪类突触小囊泡(synaptic vesicle-like microvesicles,SLMVs)的锚定和融合过程.结果表明,在高K 刺激的PC12细胞中,部分融合即离开这种分泌模式占主导地位,同时发现在高K 刺激下SLMVs在细胞膜上的停留时间增加了,说明被激活囊泡的囊泡数量增加.     

大气CO_2浓度倍增对植物根系表面积和泡囊-丛枝菌根侵染活力和强度的影响

以小麦、大豆和玉米幼苗为材料 ,应用最新的根研究方法 ,首次检测了大气CO2 浓度倍增对根系表面积和泡囊 丛枝菌根 (VAM )真菌的侵染强度和活力的影响 ,结果表明倍增CO2显著增加根系表面积 ,并显著提高VAM真菌的侵染强度和活力 ,但这些响应在物种之间存在很大差异 .根的这些特性可能影响未来全球气候变化时植物群落的演替 .     

细胞的“GPS定位系统”

人体大约由1000万亿个细胞组成,几乎所有的细胞膜外表面都长着一根根形似触角的细长的突起,叫＂初生纤毛＂。美国科学家发现,这些初生纤毛对细胞具有类似GPS定位系统的作用,它们能接收和处理信号：当人体出现伤口时,初生纤毛能使细胞以适当的速度朝伤口的方向移动,治愈伤口。这与帮助船只实现海上航行的全球定位系统十分类似。     

生命科学“个体户”——文特尔

他用了“四瓶化学物质”为他们的“人造细胞”设计了染色体。然后把这个基因信息植入另一个修改过的细菌细胞中,这个由合成基因组控制的细胞具有自行复制的能力——这就是人类成功制造的第一个“合成”生命,取名为：“辛西娅”。     

AtGRIP蛋白在拟南芥根冠细胞高尔基体反面网络分泌囊泡的定位

动物与真菌细胞的GRIP蛋白定位于高尔基体反面网络, 并对高尔基体的结构与功能有重要作用. 通过RT-PCR方法从拟南芥植株RNA中扩增得到AtGRIP的cDNA; 利用原核表达和亲和层析的方法, 获得AtGRIP部分片段的GST融合蛋白, 进而得到相应蛋白的多克隆抗体. 利用纯化的AtGRIP抗体进行免疫印迹, 确认拟南芥AtGRIP蛋白的分子量为92 kD, 并发现其在拟南芥根、茎、叶和花中均有表达; 免疫荧光标记AtGRIP和Nag-GFP的共定位说明, AtGRIP蛋白分布于拟南芥细胞高尔基体; 免疫金标结合电子显微镜观察发现, AtGRIP蛋白主要定位于拟南芥根冠细胞高尔基体反面网络的囊泡膜. 以上结果说明, 动植物细胞间GRIP蛋白在高尔基体上的定位是保守的; 同时也说明AtGRIP蛋白可能参与了对植物细胞高尔基体反面网络结构与功能的调控.     

细胞内的“邮务”

1999年10月11日,瑞典卡罗琳外科医学研究院诺贝尔奖评选委员会决定将1999年度的诺贝尔生理学或医学奖授予美国洛克菲勒大学的细胞生物学与分子生物学家京特·布洛贝尔(Gnter Blobel),以表彰他在细胞内蛋白质输运的信号理论和分子机理方面所做的杰出贡献。 众望所归的得奖者 1936年5月21日,京特·布洛贝尔出生于德国的瓦尔特斯多夫,1960年在德国吐宾根大学获医学博士学位后赴美,1967年在威斯康星—麦迪逊大学获得肿瘤学博士学位,同年,他来到洛克菲勒大学的乔治·帕拉德(1974年诺贝尔奖得主)、菲力浦·谢凯维兹领导的研究细胞精细结构以及新生蛋白转运     

绿色荧光蛋白：生物化学中的“北斗星”——钱永健等三位科学家获诺贝尔化学奖

在没有导航设备的古代,人们走夜路往往需要依靠北斗星判断方向。绿色荧光蛋白正是生物化学中的“北斗星”在它的指引下,科学家在21世纪初开垦大片未知的科学处女地,成果层出不穷。凭借它的帮助．研究人员能够看到以前所不能见到的新世界．这包括大脑神经细胞的发育过程和癌细胞的传播方式等。因而,瑞典皇家科学院把2008年度的诺贝尔化学奖授予三位发现者和推广者——下村修、沙尔菲、钱永健。 在三位获奖者中,更能引起国人关注的．自然是钱永健．这位华裔科学家在化学和生物两个领域均有建树．可能是世界上被邀请做学术报告最多的科学家。他被公认为利用水母发出绿光的化学物来追查实验室内进行的生物反应方面的先驱,尤其让人津津乐道的是钱永健的家族．他是我国著名科学家钱学森的堂侄,他的哥哥钱永佑也是世界知名的神经生物学家。钱永健最终问鼎诺贝尔化学奖,也让他成为继李政道、杨振宁、丁肇中、李远哲、朱棣文、崔琦之后第7位获得诺贝尔奖科学奖项的华人。     

“可憎的天堂”——麻省理工

2006年美国科学家又包揽了理、化、医等诺贝尔奖,再一次显示了它无国匹敌的科学实力。全世界都想问,为什么美国的科学界如此人才辈出,兴旺发达?无缘染指诺贝尔奖而又心怀艳羡的中国人的心里却很清楚,是他们的教育支撑着他们的科学,是他们的文化培育着他们的科学。心里虽然门儿清,但要向人家看齐却谈何容易。看看人家尖子人才的培养,你能真切地感受文化教育的沃土是怎样催生了科学之苗的成长。     

减少“从农场到餐桌”的浪费

人们日常食用的许多食物都是在日益变暖的全球气候中生长的,在进入人们的餐盘前,它们可能经历了数万公里的运输。然而,大量食品在运输过程中往往会暴露于过热或过湿的环境中,这意味着在运抵市场、商店或超市时,这些食物已经不再适合食用了。如今．英国科学家正在开发一种传感器,可以挽回“从农场到餐桌”的全球运输中浪费掉的数百万吨的食物。     

“苏梅克”和“星尘号”——两个探测器的情人节

<正>探测器会跟我们一样过情人节--科学家的安排就是这么浪漫。对苏梅克和星尘号这两颗探测器而言,同样的情人节却有着不同的归宿……2001年2月12日,当地球上的人们为即将到来的情人节忙碌的时候,在遥远的太空中,苏梅克探测器已经提前过起了情人节,这一天它开始缓缓下降,并于13日的早晨在爱神星上着陆。当年这是一个非常重大的航天事件。10年之后的2011年2月14日,同样的剧情再次上演,星尘号探测器不远千里与坦普尔1号彗星汇合,度过了它们的情人节。     

癌症的正名：“癌症”抑或“异常细胞”

0期乳腺癌（乳腺癌可根据肿块的大小和扩散情况分为0～4期）,也被称为乳腺原位癌——它是一种发生在乳腺导管中的少量异常细胞——实际情况是乳房内没有肿块．也感觉不到任何异常。0期乳腺癌在乳腺X光检查技术发明以前从未被发现过。