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.     

聚合物囊泡及其形成机理

聚合物囊泡因其独特的结构和应用背景以及作为高分子物理和软物质物理的理想模型体系得到了人们的广泛关注.本文综述了嵌段共聚物通过自组装所形成囊泡的结构、性质及其应用,并重点介绍了囊泡形成的动力学过程及其物理机制,其目的是使人们更有效地通过物理手段调控聚合物囊泡的结构及其形成过程.     

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.     

非均相膜、非对称冠及膜冠融合高分子囊泡

高分子囊泡是通过自组装构筑的具有"空腔-内冠-膜层-外冠"结构的纳米材料,在药物控释、基因递送、细胞仿生、抗菌和癌症诊疗等领域具有重要的应用前景.然而,传统高分子囊泡具有对称的内外冠结构、均一且致密的疏水膜,以及相对离散的膜冠功能分区,不能充分发挥囊泡的结构优势,进而难以应对生物医用过程中所面临的种种挑战,如基因治疗中大分子的跨膜运输,癌症诊疗中对内冠诊断、外冠靶向的差异化要求,细菌感染治疗中对膜冠协同、高效抗菌的需求等.因此,我们提出并设计了非均相膜囊泡、非对称冠囊泡、膜冠融合囊泡,针对性地解决了以上3个难题,为设计、合成新结构高分子囊泡,并推动其转化应用提供了新思路.本文总结了以上3种新结构囊泡的研究进展,并提出了设计生物医用高分子囊泡的原则.     

铝抑制拟南芥根尖PIN2循环和囊泡运输

铝对植物毒害作用最明显的症状是迅速抑制根尖生长. 然而, 铝抑制根尖生长的机制并不清楚. 本文研究了铝对生长素和生长素运输载体(PIN2)囊泡运输的影响. 结果表明, 铝抑制拟南芥根尖生长素运输, 其中过渡区生长素抑制率最高, 达66%. 布雷菲尔德菌素(Brefeldin A, BFA, 一种囊泡运输抑制剂)明显诱导PIN2囊泡在细胞内形成点状结构, 铝处理降低点状结构的大小, 表明铝抑制PIN2囊泡在细胞内的运输. 实时定量PCR和蛋白印迹反应发现, 铝增加PIN2基因的转录表达, 促进PIN2蛋白在细胞膜水平方向累积. 细胞骨架解聚药物处理表明, 铝抑制PIN2囊泡的运输, 主要通过破坏肌球蛋白微丝来完成. 铝处理下, 拟南芥根尖伸长区细胞比过渡区具有较少的铝吸收和较低的囊泡运输频率. 上述结果表明, 通过调节生长素运输载体(PIN2)在质膜与胞内移动, 阻碍生长素的运输, 铝抑制了拟南芥根尖的生长.     

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.     

小囊泡中的大学问——外泌体的前世今生

外泌体是一种直径为30~100 nm,主要由细胞内多泡体与细胞膜融合并释放到细胞外基质中的膜囊泡,可携带核酸、蛋白质等分子,具有强大的生物学功能。本文系统阐述了外泌体的发现历程、主要功能,及其在肿瘤生长、转移、免疫逃逸、诊断、治疗和在动脉粥样硬化、心肌梗死、心室重构、心脏再生等多种心血管生理和病理过程中的调控作用。总而言之,外泌体这个小小囊泡中蕴藏着大学问。     

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。     

破译“健康”密码

<正>人们喜欢用"生老病死"这四个字来形容人的生命历程,这是生命运行的基本规律。很多人好奇为什么"我"就是一个独特的"我"?我为什么可以生长?我为什么会衰老、病变?我能够长生不老吗?虽然在短期之内科学家们还无法完全给出诸多疑问的正确答案,但是他们正一步步地在努力使真相大白于天下。本期"锐·聚焦"栏目将视线聚焦2013年诺贝尔生理或医学奖项,解读三位科学家诠释的生命奇迹。生命体就是一个巨大的王国,它所具有的交通运输系统,甚至比人类社会的还要复杂精密!细胞是生物体的基本功能单元,它犹如繁忙的港口,囊泡就是"穿梭巴士"。囊泡运输既是生命活动的基本过程,又是一个极其复杂的动态     

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.     

看似动物的植物

植物会耍花招南美洲有一种名为“舞美人”的兰花,它在风中翩翩起舞,吸引了成群的蜜蜂.它们会不自愿地把花粉传播到各地.     

看似动物的植物

植物会耍花招南美洲有一种名为"舞美人"的兰花,它在风中翩翩起舞,吸引了成群的蜜蜂.它们会不自愿地把花粉传播到各地.     

是太阳系的元素丰度反常吗?

1873年高尔基方法的问世标帜着现代神经解剖学的开始,它所显示的中枢树突构筑一直是神经科学的基石,以霍乱毒素结合HRP(CT-HRP)或类霍乱原结合HRP(CB-HRP)逆行标记神经元,发现了多处传统高尔基方法及麦芽凝集素结合HRP(WG-HRP)所不能显示的树突构筑,我们称之为“嫌高尔基树突”(GBD)。目前已发现大鼠的GBD有:     

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.     

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.     

α-LTX及α-LTXN4C通过不同机制促进胰腺β细胞[Ca2+]i升高

α-LTX是一种从黑寡妇蜘蛛毒腺中提取的神经毒素, 它通过和受体的结合, 可以有效地触发神经末梢突触前囊泡的释放. α-LTX^N4C是一种研究α-LTX同CIRL受体作用的有效工具. 通过对大鼠胰腺β细胞的研究, 发现α-LTX通过在细胞膜上的穿孔引发外钙的内流使[Ca²⁺]_i升高, 而α-LTX^N4C是通过引起胞内钙库Ca²⁺的释放导致[Ca²⁺]_i升高, 并且α-LTX^N4C的作用依赖于细胞外二价阳离子的存在.     

可逆性上皮细胞

衬在体腔壁的上皮细胞能将特异性溶质从体腔主动转运到血液或从血液转运到体腔,其转运方向取决于溶质和上皮的性质.在大多数情况下,虽然溶质转运的速率受生理性凋节,但是转运的方向是固定的.最近,Schwartz 等报告有一种不常见的可逆性的上皮细胞,它能根据生理需要,改变溶质的转运方向.这种上皮细胞的组织学表现与一般的规律不同,它的泵、交换器和囊泡的排列都是可以改变的.这能为理解上皮细胞的发生过程提供一个模式.Schwartz 等研究了肾脏皮质     

突触结合蛋白Ⅰ的C2A结构域的两种膜结合状态及Ca2+引发的插膜

突触结合蛋白(synaptotagmin)Ⅰ是神经细胞突触囊泡上的一个膜整合蛋白, C2A是它的具有重要功能的近膜胞质片段. 近年来的研究表明, 突触结合蛋白Ⅰ在Ca²⁺引发的神经递质快速释放过程中起到Ca²⁺感受器的作用, 而C2A结构域与神经细胞的突触前膜的相互作用与其 Ca²⁺感受器的功能密切相关, 但是其作用机制还不清楚. 利用气/液单层膜技术结合表面密度的测量, 发现C2A存在两种膜结合状态: 无 Ca²⁺时, 以静电作用力为主的表面吸附状态; 有 Ca²⁺时, 静电力起部分作用的插膜状态. 两种状态时C2A都倾向于与带负电荷, 如磷脂酰丝氨酸的磷脂膜结合. 将C2A转染表达在PC12和HEK-293细胞中, 利用免疫染色和Western blot检测也表明, C2A在有无Ca²⁺存在的情况下都主要存在于膜附近. 实验结果提示, 突触结合蛋白Ⅰ作为Ca²⁺感受器的可能分子机制: 突触结合蛋白Ⅰ的C2A的表面吸附功能在囊泡锚定或活化时协助囊泡附着在活化区, 当细胞内Ca²⁺浓度迅速增加, C2A Ca²⁺依赖的插入负电荷膜的特点可以将囊泡拉近突触前膜, 加之同时和其他蛋白, 如SNARE复合物的作用引发膜的融合.     

膜脂与紫膜蛋白相互作用

天然紫膜中的菌紫质（BR）分别重组到不同膜脂环境的脂质囊泡中,通过冰冻蚀刻电子显微镜观察、菌紫质在囊泡中旋转扩散和吸收光谱的 及吸收随时间的变化,研究了3种不同膜脂环境对脂质囊泡中BR分子结构和功能的影响,实验结果表明：在目前的脂质囊泡制备过程得到的样吕中,二豆蔻酰磷酯酰胆碱（dimyristoylphosphatidylcholine,DMPC）是BR分子的稳定脂环境,卵－磷脂酰胆碱（egg-phosphatidylcholine,卵－PC）会使BR脱生色团视黄醛,产生了不可逆的变化,胆固醇可以稳定脂环境中的BR分子,但会使BR分子产生凝聚作用。     

无盐囊泡相结构及其模板效应

表面活性剂体系囊泡相的构筑、结构、形成规律和形成理论的研究是表面活性剂领域的研究热点之一. 无过量盐存在的阴/阳离子表面活性剂混合体系完全不同于阴/阳离子表面活性剂等量混合的含盐体系, 有其独特的性质. 结合我们自己的研究结果, 对无盐屏蔽的表面活性剂阴/阳离子混合体系形成的囊泡相的结构、性质进行了论述, 重点介绍了二价金属离子作为反离子的表面活性剂体系在水及室温离子液中所形成的囊泡聚集体, 以及其作为模板在纳米材料制备中的效应的初步探索.