人参液泡膜水孔蛋白基因PgTIP1的克隆和应用

水孔蛋白是一种承担水分跨膜运输的功能性通道蛋白，植物细胞的生长、发育与细胞内的水分状况密切相关。在生长发育过程呈不同水孔蛋白在时空上的特异表达表明，它们参与了植物生理活动的方方面面。     

核膜蛋白决定果蝇生殖干细胞命运的作用机制

核膜蛋白在染色体组织、基因表达调控、信号传递等过程中起着非常重要的作用。然而，这些蛋白在体内的具体生理功能仍然不清楚。本研究发现，核膜蛋白Otefin是果蝇生殖干细胞维持所必需的。作为一个内源因子，它在调节果蝇生殖干细胞命运时，既是充分的，也是必要的。数据显示，ote通过抑制bam基因的转录来调节BMP／Dpp信号通路。通过结构分析我们发现，Ote蛋白的核膜定位对于它维持干细胞的功能是必需的。最后，我们发现Ote是通过在bam沉默子上与Med／Smad4相互作用来调节干细胞命运的。研究结果证明，核膜蛋白的特定组分通过介导信号依赖的转录抑制来控制干细胞的行为。     

跨细胞蛋白质内稳态调控机制

蛋白质内稳态平衡是受到多级调控的,并不仅限于细胞水平。细胞特定的分区如线粒体(Mito)、内质网(ER),有其独特的调控蛋白质稳态平衡的信号通路。当Mito、ER稳态失衡导致未折叠蛋白在其中累积,会诱导一种适应性的反应,叫做"非折叠蛋白反应"(unfolded protein response, UPR),重建细胞器内部蛋白质稳态平衡。虽然关于Mito和ER蛋白质稳态调控机制已被广泛研究,但对于不同细胞/组织之间是否可以相互影响、协调其Mito、ER UPR来适应环境变化、系统调控物种整体的应激状态这一领域内的重大问题,却一直缺乏研究。基于前期工作基础,本研究将利用线虫和哺乳动物细胞培养两大手段,详细考察跨细胞内稳态调控的分子机制,为治疗衰老、神经退行性疾病、癌症等疾病提供新思路和新靶点。     

超高时空分辨蛋白质机器动态成像

蛋白质是生命活动的主要执行者,一切生命活动都有赖于蛋白质功能的正确发挥。蛋白质机器,是指由大量蛋白质和生物分子形成的高维度的、复杂的超级功能复合体,此外也包括蛋白质与蛋白质或其他分子形成的低维度复合物及具有特定生物学功能的蛋白质分子。膜转运和跨膜信号转导是细胞的重要生命活动过程,与细胞命运和功能密切相关。细胞中蛋白质机器是高度动态的,由于组成复杂、功能多样,在分子水平研究蛋白质机器行为机制对成像技术提出了极大的挑战,针对重大生命过程中蛋白质机器动态组装与功能调控的分子机制这一核心科学问题,提出了解决这些难题的工作思路和重点研究内容。从提高成像时空分辨率、实现时空可控和多模态融合入手,发展多种新型成像和关联技术,揭示膜转运和跨膜信号转导等重要生命过程中蛋白质机器的作用机制。提出的主要研究内容包括下一代超高时空分辨结构光照明显微镜、超分辨荧光成像技术和原子力显微镜联用、时间相关的超分辨显微镜与冷冻电镜关联技术。     

油菜素类固醇调控棉花纤维产量和品质形成的分子机制与分子改良研究

油菜素类固醇（Brassinosteroids,BRs）是一类新型的植物激素,在植物生长发育的很多方面具有重要作用,已广泛应用于农业生产。本课题通过克隆棉花BRs生物合成与信号传导基因及其5’-上游调控序列,构建目标基因的植物表达载体和启动子分析表达载体,并进行棉花的遗传转化。一方面利用转基因棉花,系统地分析目标基因在BRs合成和信号传导中的作用以及在棉纤维生长发育中的功能,研究BRs种类和含量的变化导致其它植物激素水平的变化及其生物合成和信号传导基因的表达变化,并分析纤维产量和品质发生变化的转基因纤维发育过程中纤维素合成酶、     

线粒体呼吸链膜蛋白复合体Ⅱ的三维结构解析

呼吸作用具有非常重要的生理意义，其中有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，同时释放出大量能量的过程。它是高等动物和植物进行呼吸作用的主要形式。细胞内的线粒体是细胞内的“动力工厂”，它的功能是通过氧化磷酸化进行能量转换，为细胞活动提供能量，是细胞发生有氧呼吸作用的主要场所。     

泛素介导的蛋白质降解

蛋白质是细胞内极其重要的生物大分子。细胞的许多重要功能,包括酶和激素的功能、运动、运输、免疫反应等都是通过蛋白质来实现的。正是由于其重要性,所以长期以来蛋白质一直是生物化学研究的一个极重要的领域。人们关注蛋白质在细胞内是如何合成的,到目前为止,至少已有5个诺贝尔奖授予了这一领域的研究者。但对于相反的过程,即蛋白质在细胞内是如何降解的,很长一段时期中很少有人关注。而以色列科学家阿龙·切哈诺沃(Aaron Ciechanover)、阿夫拉姆·赫什科(Avram Hershko)和美国科学家欧文·罗斯(Irwin Rose)正是在这方面作出了突破性的贡献,发现了泛素介导的蛋白质降解机制,因而共同获得了2004年诺贝尔化学奖。一、泛素：蛋白质降解的标记者实验证明,标记被降解蛋白质的分子是一个由76个氨基酸残基组成的多肽,最早于1975年从小牛组织中分离得到。因为随后发现在所有真核生物的不同组织中都有它的存在,所以将其称之为泛素(ubiquitin,源于拉丁字ubique,意指到处存在的)。二、ATP：细胞内蛋白质降解的供能者一般而言,生物体内的合成代谢需要提供能量,而分解代谢则释放能量。所以很长一段时期内,人们普遍认为,体内蛋白质的降解是不需要提供能量的。一些蛋白水解酶发挥功能时就是这样,如胰蛋白酶在小肠内将食物中的蛋白质降解成氨基酸。类似地,在溶酶体中对从其外部进入的蛋白质的降解也不需要能量。然而,早在上世纪50年代的实验就已表明,细胞内蛋白质的降解确实需要能量。这个看似自相矛盾的现象,即细胞内蛋白质的降解需要能量而细胞外蛋白质降解不需要附加能量,长期以来使研究者感到迷惑。切哈诺沃、赫什科和罗斯于上世纪70年代后期和80年代早期使用网织红细胞的无细胞系统进行了一系列重要的研究,成功地证明细胞内蛋白质的降解需要以多步骤的反应导致泛素标记被降解的蛋白质。这个过程使细胞以高度的特异性降解不需要的蛋白质,而正是这种精确的调节需要ATP(adenosine triphosphate,腺苷三磷酸)提供能量。三、机制：死亡之吻切哈诺沃和赫什科在1977年开始使用网织红细胞抽提物进行依赖于能量的蛋白质降解研究,发现这种抽提物可以被分为两个组分。两个组分单独存在时都不具有活性,但当两者重新组合时,就启动了依赖ATP的蛋白质降解。1978年,他们报道了其中1个组分的活性成分是一种分子量约为9 000的热稳定的多肽APF-1 (active principle in fraction 1),即后来证明的泛素,并证明APF-1能与各种蛋白质以共价键结合。1980年他们和罗斯共同报道APF-1 可以多个分子同时结合于同一蛋白质,这一现象被称为多泛素化。目前已知,蛋白质的多泛素化是一种控制信号,其导致被标记蛋白质在蛋白酶体中的降解。正是多泛素化的反应对被降解的蛋白质进行了标记,所以将其戏称为“死亡之吻”(kiss of death)。因为泛素在真核生物中普遍存在,所以研究者很快明白泛素介导的蛋白质降解在真核细胞中具有普遍的意义,而且也猜测到ATP形式的能量需要可能对细胞控制降解过程的特异性具有意义。因而进一步的研究就是要鉴定使泛素结合于其靶蛋白的酶系统。在1981年到1983年之间,切哈诺沃、赫什科和罗斯在细胞中发现了3种新的酶——泛素激活酶E1、泛素结合酶E2和泛素连接酶E3,提出了“多步骤泛素标记假说”(见图1)。至今的研究表明,一个典型的哺乳动物细胞含有1个或少数几个不同的E1酶、几十个E2酶和几百个E3酶。细胞能使用泛素系统降解有缺陷或不再需要的蛋白质。实际上,细胞中多至30%新合成的蛋白质因为不能通过细胞严格的质量控制,而由泛素标记转运到蛋白酶体被降解。 步骤①：E1酶催化的依赖ATP供能的泛素(UB)活化; 步骤②：泛素分子转移到E2酶; 步骤③：E3酶识别要降解的靶蛋白(TARGET),E2酶-泛素复合物与靶蛋白结合并使泛素分子标记从E2酶转移到靶蛋白; 步骤④：E3酶释出泛素标记的蛋白质; 步骤⑤：重复步骤④,使靶蛋白与多个泛素结合,即所谓的靶蛋白的多泛素化; 步骤⑥：蛋白酶体识别多泛素化的靶蛋白,泛素分子脱落而靶蛋白进入蛋白酶体被降解为小肽。四、蛋白酶体：蛋白质降解的执行者很多蛋白酶体,如人的一个细胞含有大约30 000个蛋白酶体。蛋白酶体是呈桶型结构的多亚基蛋白酶复合体,它能将蛋白质降解成7～9个氨基酸残基组成的小肽。蛋白酶体的活性表面在桶内而与细胞的其余部分相隔离,进入活性表面的惟一关卡能识别多泛素化标记的蛋白质,在移去泛素标记的同时接纳它们进入蛋白酶体而进行降解,形成的小肽从蛋白酶体的另一端释出。蛋白酶体本身不能选择被降解的蛋白质,是E3酶的特异性决定了细胞中哪个蛋白质要被标记而送到蛋白酶体进行降解。五、泛素系统：多种细胞功能的调节者泛素介导的蛋白质降解系统涉及细胞的多种重要生理功能,参与对细胞周期、DNA复制和染色体结构等的调控。这种系统的缺陷能导致各种疾病,包括一些癌症。1.细胞周期细胞周期是指一个细胞经生长、分裂而增殖成两个细胞所经历的全过程,细胞周期的调控对生物的生存、繁殖、发育和遗传具有十分重要的意义。在细胞周期调控中,细胞周期蛋白是一个关键蛋白质。泛素连接酶E3作为“细胞分裂后期促进复合物”的主要组分,通过对细胞周期蛋白N末端进行标记使其降解,而在控制细胞周期上发挥重要的作用。该复合物在细胞有丝分裂和减数分裂期间染色体分离中也具有关键的作用。减数分裂或有丝分裂中染色体的错误分离会导致细胞染色体数的改变,而这正是怀孕后自然流产的主要原因。一个额外的21号染色体的形成则导致唐氏综合征。因为在有丝分裂中重复地进行染色体的错误分离,许多恶性肿瘤细胞也会具有数目改变了的染色体。泛素调节系统的其他酶也参与细胞周期的调节,如调节酵母细胞周期的细胞因子Cdc34实际上就是一种泛素结合酶E2。2.DNA修复DNA修复是生物为保持其复制精确性而具有的一种特殊功能。p53蛋白作为重要的转录因子,通过调节DNA修复相关基因的表达而实现对DNA修复的调控。p53蛋白在细胞内的降解也是通过特定的E3酶标记的。正常细胞中p53蛋白不断地合成,又不断地降解,在细胞中含量低。但在DNA受损后,触发了p53蛋白的磷酸化而不再与E3酶结合,使其在细胞中含量很快增加,造成细胞周期的停顿并促使对损伤DNA进行修复。但是如果DNA损伤程度太广,则不再进行修复而触发细胞程序性死亡。p53蛋白对肿瘤具有抑制作用,被称为“基因组的卫士”。但病毒可以通过特定的蛋白质活化相关的E3酶对p53蛋白进行泛素化而将其降解,其结果是病毒感染的细胞不能再对DNA损伤进行修复,也不触发细胞程序性死亡,造成DNA突变大量增加而导致癌症。3.免疫和炎症反应转录因子NF-κB可以调节细胞的许多对免疫和炎症反应重要的基因。正常情况下,细胞中的NF-κB与其抑制蛋白结合形成没有活性的复合物。但是当细胞暴露于感染的细菌或某种信号物质时,抑制蛋白的磷酸化导致其泛素化而在蛋白酶体内降解。释出的活性NF-κB被转运到细胞核,在那儿结合并激活特定基因表达而发挥其在免疫和炎症反应中的功能。4.囊性纤维化遗传病囊性纤维化是由细胞膜上称之为囊性纤维化跨膜传导调节蛋白(CFTR)的氯离子通道功能性地缺失所引起。这种缺失是由于囊性纤维化病人细胞中合成的CFTR蛋白缺失苯丙氨酸,不能进行正确的折叠而被转运,而是通过泛素介导的蛋白质降解系统降解。没有功能性氯离子通道的细胞不能通过其细胞膜转运氯离子而导致病变。泛素介导的蛋白质降解系统与细胞功能关系的了解也促使了其在药物研究上的应用。可以针对泛素介导降解系统的组分设计药物以防止特定蛋白质的降解,也可设计药物激发该系统去摧毁不想要的蛋白质。一种称为Velcade的蛋白酶体抑制物已被用于多发性骨髓瘤作为临床试验药物。科学上的每一个重大发现,都会使人类在从必然到自然的进程中迈出一大步。泛素介导的蛋白质降解系统的发现使人们有可能在分子水平上了解细胞如何控制许多非常重要的生物化学过程。我们可以期待,随着研究的不断深入,必定会有更多的细胞过程发现与这一系统密切相关。 *明镇寰教授为生物化学与分子生物学名词审定委员会委员。     

抗肿瘤药物研究趋势与展望(下)

(接上期) 二、抗肿瘤药物研究趋势与方向 最近,有关肿瘤发生发展分子机制的研究表明,在恶性肿瘤细胞中,细胞内的各种基本过程是调节失控.这些过程包括:细胞周期的调控,信号传递通路的阻断,细胞凋亡、端粒酶的稳定性,血管生成以及胞外基质的相互作用等.为了研制出具有特异性的药物,利用最新的在肿瘤细胞生物学上的新发现,研究者都将注意力转向癌的病因学与病理过程中起作用的特异的分子及生物靶点.如细胞凋亡诱导剂、信号传导阻滞剂、血管生成抑制剂、化疗与放疗保护剂的寻找.     

c-Jun结合蛋白CKIP-1的发现及其在促使癌细胞凋亡中的作用

原癌基因c—Jun／AP-1在细胞增殖、细胞转化与细胞分化等生理过程中具有非常重要而广泛的调控作用。在细胞内它编码一种定位于细胞核的转录因子，其调控研究多年来一直受到关注。过去十多年的研究揭示出了数十个c—Jun结合蛋白，它们均分布于细胞质和细胞核内，且以全分子形式发挥作用。军事医学科学院放射医学研究所贺福初和张令强等日前的研究发现了一个定位于细胞质膜的c—Jun结合蛋白CKIP-1。     

阳离子-π相互作用对整合素α4β7配体结合亲和性及其信号转导的调控

淋巴细胞在血管内皮表面的黏附和迁移是炎症反应病理过程中的重要步骤和关键环节,这一过程是由淋巴细胞表面的一类特殊黏附分子——整合素所介导的。研究显示,整合素α4β7的异常表达和活化与一些人类自身免疫疾病密切相关,如溃疡性结肠炎、克罗恩病等。整合素α4β7的生物学功能是依靠对其配体亲和性及其相关信号转导的动态调控来实现的。这种精确的动态调控机制一直以来都是整合素研究领域的热点。我们的研究发现整合素α4β7的特异性决定环（specific determining loop,SDL）与协同金属离子结合位点（the synergistic metal ion binding site,SyMBS）通过一对特殊的阳离子-π相互作用相连接。该阳离子-π相互作用的丧失严重影响了高亲和性α4β7介导的细胞稳定黏附,但是对低亲和性α4β7介导的细胞滚动黏附影响很小。破坏该阳离子-π相互作用诱导了整合素胞外区的部分伸展和胞内亚基一定程度的分离,并影响了整合素所介导的双向跨膜信号传递,表现为胞内paxillin蛋白水平上调以及paxillin与α4β7的结合增强,同时胞内FAK蛋白表达以及磷酸化水平上调。研究还发现阳离子-π相互作用的丧失抑制了整合素介导的细胞迁移。该研究首次发现阳离子-π相互作用对整合素配体结合亲和性以及信号转导的调控机制,不仅有助于我们进一步了解整合素相关的生理病理过程,而且为相关自身免疫疾病的治疗提供了一个新的药物靶点。     

抗氧化物质与抗衰老作用

衰老的机理是老年医学的研究热点,在机体衰老的过程中,“氧自由基-脂质过氧化增加”对细胞的损伤是重要原因之一。自由基包括氧自由基、氢自由基和过氧化氢等,它们广泛存在于机体组织中。正常情况下,参与代谢的氧大多数与氢结合生成水,然而有4%～5%的氧将形成超氧阴离子,后者又可形成过氧化氢。自由基攻击细胞膜、线粒体膜,与膜中的不饱和脂肪酸反应,造成脂质过氧化增强;脂质过氧化产物(mda等)又可分解为更多的自由基,引起自由基的连锁反应。这样,膜结构的完整性受到破坏,引起脑细胞、肌肉细胞、肝细胞及亚细胞结构,线粒体、dna、rna等广泛…     

甲酸转运蛋白FocA的分子结构揭示其是以五聚体形式存在的一个通道蛋白

FocA是甲酸-亚硝酸转运蛋白家族(FNT)的一个代表性成员,在细菌、古细菌、真菌、藻类和寄生虫中负责短链酸的转运。甲酸-亚硝酸转运蛋白家族中所有成员蛋白的分子结构和转运机制都是未知的。在这项工作中,我们解析了大肠杆菌中FocA蛋白的三维晶体结构,分辨率高达2.25。这个晶体结构显示,FocA构成了一个对称的五聚体,其中每个单体包含6个跨膜螺旋片段。而且,尽管FocA与水通道蛋白Aquaporin在序列上缺乏同源性,但它们的单体整体结构却异常相似。这些结果意味着FocA应该是一个跨膜通道蛋白,而不是此前认为的转运蛋白。进一步的结构分析识别出了通道中的重要氨基酸残基,明确了通道路径,并揭示了两个对通道起收紧作用的位点。但是与水通道蛋白Aqua-porin不同,FocA对水分子并没有通透性,却允许甲酸通过。在结构生物学和生物化学方面的进一步研究为阐明FocA的通道活性机理提供了重要线索。     

DNA损伤应答相关蛋白质机器维持基因组稳定性与细胞稳态的机制

基因组不稳定性和细胞稳态失衡是衰老及肿瘤、糖尿病、神经退行性疾病等老年重大疾病的重要诱因,但其中的分子机制尚不清晰,因此缺乏有效的治疗靶标和手段。DNA损伤应答(DNA damage response,DDR)是维持基因组稳定性的关键,其过程包括损伤感应、信号激活和传导、效应等不同阶段,涉及分子识别和靶向募集、信号激活和传导、损伤修复和基因转录、细胞凋亡、转化与衰老等生物学过程。DDR依赖诸多损伤修复因子的直接参与,也需要染色质重塑(chromatin remodeling)及关键蛋白质机器的可逆性翻译后修饰的精细调控作用。国家重点研发计划蛋白质机器与生命过程调控重点专项项目"参与DNA损伤应答的新型蛋白质机器维持基因组稳定性的机制研究"针对DNA损伤应答的动态过程,聚焦染色质重塑(chromatin remodeling)与蛋白质翻译后修饰(post-translational modification,PTM),筛选、鉴定新型调控染色质重塑的蛋白质机器及新型蛋白质翻译后修饰,阐明其对DNA损伤应答的时空调控机制,阐明其结构特性,揭示其结构或功能异常所致DNA损伤应答缺陷,诱发基因组不稳定性、细胞稳态失衡和肿瘤发生发展的关联机制,筛选靶向先导化合物并探讨其在肿瘤治疗中的作用机制及应用,为药物研发、临床诊治提供新的理论依据。     

Toll样受体内源性配体在肝缺血再灌注炎性损伤中的作用

本项目主要研究细胞外HSP72作为内源性配体启动Toll样受体炎性信号通路而促进缺血再灌注肝损伤发生的可能，并拟从内源性配体介导的炎性应答来探讨非感染性炎性疾病的发病机制，研究结果有助于临床上通过内、外源性方法调节内源性细胞外内质网应激蛋白表达，而防治非感染性炎性疾病提供新的切入点。     

脂肪酸药物信号转导及其内分泌疾病药物研究平台建设

西安交大天奎生物医药公司经过多年研究,成功开发了多种用途的脂肪酸药物在生殖内分泌失调和老年退行性疾病方面进行应用.平台建设依据老龄引起退行性疾病的规律,提出从提高机体还原能力、储备能力、应激能力、抗细胞凋亡和抗基因突变能力达到抗衰老和内分泌平衡调节的目的提出通过激动肝脏靶器官或靶蛋白受体等的集合效应,通过提高线粒体细胞功能转化激活机体ATP,IP3、CAMP、CGMP、PKA、PKC、DAG等第二信使物功能,对机体内分泌代谢功能发挥整体性的调节.     

抗氧化酶延缓动物衰老

美国多个科研机构的科学家说,他们通过对实验鼠的研究证明,在细胞内增加抗氧化酶的生成会显著延长动物寿命、减少与衰老相关的疾病。这一成果也进一步支持了自由基引起衰老的理论。由美国华盛顿大学医学院、加利福尼亚大学欧文分校、得克萨斯大学某专家说,他们通过转基因方法,在实验鼠体内植入人类的过氧化氢酶基因,分别使细胞内的细胞质、细胞核以及线粒体中的过氧化氢酶含量显著提高。     

发展中的中国基因产业

1 基因工程药物与疫苗 基因工程药物及疫苗是指利用DNA重组技术,将药用蛋白基因或表面抗原基因通过表达载体导入到受体菌或受体细胞中,并对工程菌或工程细胞进行培养、分离及纯化后获得的药物或疫苗.     

基于C蛋白受体标记识别出多能性乳腺干细胞

<正>乳腺由多种类型的上皮细胞组成,它们可由乳腺中的乳腺干细胞分化产生。但是是否存在多能性的乳腺干细胞还存在争议。中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所细胞生物学国家重点实验室曾艺研究组与合作者基于小鼠的研究发现,C蛋白受体(Procr)作为乳腺中Wnt的一个新的靶点,可唯一性标记多能性乳腺干细胞。这种C蛋白受体标记的细胞位于乳腺的基底层,展现出上皮间叶细胞转化特性,而且角质蛋白表达水平非常低。进一步研究显示,这种表达C蛋白受体的细胞展现     

Nucleoplasmin蛋白调节了细胞凋亡过程中的染色质凝集

染色质凝集与DNA断裂是细胞凋亡的两大特征，但二者之间的关系此前并不清楚。北京大学生命科学院生物膜与膜生物工程国家重点实验室卢智刚、张传茂和翟中和小组日前通过对爪蟾卵受精过程的研究发现，Nucleoplasmin蛋白对染色质凝集起到调节作用，它可以使精子染色质发生去凝集，并促进雄原核的形成。而Nucleoplasmin蛋白的功能受到其自身磷酸化状态的调节。     

调控染色质高级结构的蛋白质机器的系统鉴定与机制研究

染色质高级结构及功能研究是当前生命科学领域的国际前沿热点。染色质高级结构决定了基因的正确表达,其异常通常伴随着发育畸形和癌症发生。迄今为止,染色质高级结构如何建立和维持、如何行使功能、其动态变化及其与基因、细胞功能的关系尚不清楚。本项目整合团队在染色质高级结构蛋白质机器的功能基因组学、染色质高级结构蛋白质机器的功能动态调控以及染色质高级结构蛋白质机器的结构与组装方面的优势,围绕"染色质高级结构的调控及功能"这一关键科学问题,从3个角度深入研究拓扑相关结构域的形成与功能相关的蛋白质机器,包括调控染色质高级结构蛋白质机器的系统鉴定、单细胞和全基因组水平上染色质高级结构动态调控的机理研究、染色质高级结构对基因和细胞功能调控的结构基础和分子机制。