硒蛋白S的结构、功能及与疾病的关系

硒是一种人体必需的微量营养元素,其主要生物功能是通过硒蛋白实现。硒蛋白S （SELENOS）是一种主要存在于内质网膜的硒蛋白,参与了内质网相关蛋白降解过程。SELENOS主要是通过胞质中的卷曲螺旋结构域和C-端含硒代半胱氨酸残基的无规结构区发挥生物功能的。大量体外研究结果显示,SELENOS有调节氧化应激、内质网应激、炎症等功能,进而可能影响心血管疾病、2型糖尿病、阿尔茨海默症等疾病的发生发展。此外,流行病学观察研究发现SELENOS基因的多种单核苷酸多态性与心血管疾病、癌症等疾病密切相关。本文综述了SELENOS结构、功能及与疾病的关系,总结了SELENOS研究中尚待解决的问题,并对其未来的发展方向进行了展望。     

硒蛋白S的生物学功能

硒蛋白S是一种新发现的内质网和细胞膜驻留硒蛋白。以往的研究结果揭示硒蛋白S可以保护细胞拮抗氧化损伤及内质网应激诱导的细胞凋亡;参与脂蛋白代谢、精子发育过程、炎症反应及将错误折叠蛋白从内质网腔逆向转移到细胞质中然后降解的过程(即内质网相关蛋白降解)。硒蛋白S基因多态性与糖尿病、冠状动脉心脏病或先兆子痫等疾病密切相关。本文结合本课题组的工作对硒蛋白S的最新研究进展,尤其是硒蛋白S功能的研究成果作了较为详细的介绍,并对未来的研究方向作了展望。     

硒蛋白M及其与重大疾病的关系

硒蛋白M(SelM)是2002年应用生物信息学方法发现的一种内质网硒蛋白,其二级结构中含有一个氧化还原调节基序CXXU,且该蛋白在脑中大量表达。SelM因具有维持机体氧化还原水平、保护神经细胞和调节钙稳态平衡等重要作用,近年成为研究热点。本文结合本课题组的研究结果,对硒蛋白M的最新研究进展、生物功能、与重大疾病的关系及今后研究方向等方面进行了综述和展望。     

硒蛋白与糖尿病——硒的两面性

糖尿病是危害人类健康的全球性重大疾病,胰岛素抵抗是诱发2型糖尿病的重要因素。微量必需元素硒与人体健康密切相关,通过硒蛋白发挥多种重要生物学功能。近年来硒与糖尿病的关系引人关注,早期研究表明硒具有类胰岛素作用,可望用于防治糖尿病,但近来的人群试验和动物研究却表明硒在糖尿病发生发展中的作用具有两面性,长期补充一定剂量的硒反而增加了胰岛素抵抗和2型糖尿病的发病率。而且,硒在糖尿病发生发展中的两面性被证实与几种硒蛋白密切相关,包括谷胱甘肽过氧化物酶1(GPx1)、硒蛋白S(SelS)和硒蛋白P(SelP)等。本文结合本课题组的工作介绍了硒在糖尿病中的两面性以及硒蛋白在糖尿病发生发展中的作用,并对未来的研究方向进行了展望。     

蛋氨酸亚砜还原酶及其在白内障发生发展中的作用

蛋氨酸(Met)是生物体内很容易被氧化的氨基酸之一,氧化应激条件下,生成S型和R型蛋氨酸亚砜(MetO), 晶状体蛋白中MetO的增加与晶状体老化和白内障形成相关。生物体内存在着两种不同的蛋氨酸亚砜还原酶(Msr),即MsrA和B,分别能特异性地作用于自由或结合在蛋白质中的S-MetO和R-MetO,将MetO修复为Met,从而避免了蛋白质结构和功能的改变。在哺乳动物中,MsrA以单基因形式存在,而MsrB有3种异构体,分别为MsrB1,MsrB2和MsrB3,其中MsrB1是一个硒蛋白,又被称为硒蛋白R(SelR)。本文介绍了Msrs的基因表达、分布和亚细胞定位,比较了MsrA和MsrBs蛋白结构和催化机制的异同,讨论了晶状体蛋白Met残基的氧化与白内障形成和发展的关系。现有的这些研究结果表明Msrs作为一类特异性的抗氧化还原酶,通过对MetO的修复,在抑制晶状体的损伤方面发挥重要作用。此外,MsrB1作为一个硒蛋白受机体硒水平的调节,因此,通过补硒保持晶状体适当的硒浓度以维持MsrB1的活性,对白内障的形成和发展可能具有一定的预防作用。     

以蛋白质为基础模拟谷胱甘肽过氧化物酶

硒元素作为一种生命体中必须的微量元素,与人类的健康和疾病息息相关.硒元素主要以硒代半胱氨酸的形式存在于至少25种硒蛋白中,执行着多种生物功能.在这20多种硒蛋白中,谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)作为一种主要的抗氧化酶,能够有效地利用谷胱甘肽还原氢过氧化物以防止机体的氧化损伤.这里,我们主要介绍以蛋白质为骨架构筑GPx模拟物的一些策略和方法,以期望于能够更好的理解硒蛋白的生物学性质,甚至开拓更为有效的技术去模拟这种抗氧化酶.     

具有甲状腺素脱碘酶活性的抗体酶的化学修饰

甲状腺素脱碘酶是一种膜硒蛋白[1], 它能够将甲状腺素降解为不同产物, 并对甲状腺素的生理功能起调控作用. 但是, 甲状腺素脱碘酶极易变性失活, 到目前为止仍未得到纯酶[2]. 近来, 此酶的人工模拟工作逐渐成为热点. 我们小组[3]首次以3,5,3′,5′-四碘甲状腺原氨酸五水钠盐(T4)为半抗原, 采用单克隆抗体技术和苯甲基磺酰氟及硒氢化钠修饰的方法, 成功地制备了具有甲状腺素脱碘酶活性的抗体酶.     

硒蛋白及其分离分析

1957年Schwarz等证明硒是人体必需的微量元素之后,国内外开展了许多总硒及其生物化学作用的研究。大量事实表明硒与多种疾病相关,我国用补硒方法防治克山病获得成功,进一步证实了硒的营养作用。近年来,有关硒的生物医学作用的研究已逐渐从总硒转向对有机硒化合物的研究,后者主要集中于含硒氨基酸、含硒多肽、含硒蛋白和近几年才提出的含硒核酸。 就整个生物界来看,动物、植物和微生物中均发现有硒蛋白存在。在已发现的硒酶中,硒主要以硒半胱氨基酸(seCysH)形式存在于蛋白质的多肽链中。     

基因组中硒蛋白的信息学

人类已经步入"后基因组"时代,基因组研究的重心将由测定基因的DNA序列转移到解释生命的所有遗传信息,从分子整体水平对生物学功能的研究,在分子层面上探索人类健康和疾病的奥秘.硒蛋白基因是各种基因组中一类重要的蛋白质基因,从基因组中寻找新的硒蛋白基因,对于硒蛋白生物功能的探索具有十分重要的意义.本文就硒代半胱氨酸插入元件(SECIS)结构特征、从基因组中寻找硒蛋白的生物信息学方法及其研究进展作了简要介绍,并对未来的发展趋势进行了展望.     

血管硒蛋白与动脉粥样硬化*

动脉粥样硬化是一种严重危害人类健康的慢性炎症血管疾病,随着我国人民生活水平的不断提高和人口的老龄化,其发病率逐年增高。本文结合本课题组的工作,对血管硒蛋白与动脉粥样硬化的关系进行了介绍。主要的研究进展表明：动脉粥样硬化的发生与血管氧化性损伤有密切关系,硒作为一种重要的必需微量元素主要以硒蛋白的形式存在于血管之中,对氧化型固醇导致的血管损伤有明显的抑制作用;其机理可能与硒蛋白的抗氧化作用、调节血液前列环素和血栓素的比例改善血液流通、以及抑制氧化型固醇诱导的血管细胞凋亡等有关。     

硒蛋白的分子生物学及与疾病的关系*

硒蛋白是微量元素硒在体内存在和发挥生物功能的主要形式。因硒蛋白的活性中心硒代半胱氨酸由传统终止码TGA编码,故从基因组中预测硒蛋白以及用基因工程技术表达硒蛋白均很困难。有关硒抗氧化、对癌症、神经退行性疾病和病毒作用的报导较多,但结论并不一致。本文综述了硒蛋白基因预测、蛋白质表达调控以及硒和硒蛋白对癌症、神经退行性疾病和病毒的作用及机制等方面的近期进展,研究提高硒蛋白生物信息学预测准确率和基因工程表达量的方法,分析了解硒蛋白与疾病发生发展的关系和机制,探索不同硒蛋白作为预防药物开发、作为癌症治疗和药物筛选靶标的可能性。     

One-Pot Chemical Protein Synthesis Utilizing Fmoc-Masked Selenazolidine to Address the Redox Functionality of Human Selenoprotein F**

Human SELENOF is an endoplasmic reticulum (ER) selenoprotein that contains the redox active motif CXU (C is cysteine and U is selenocysteine), resembling the redox motif of thiol-disulfide oxidoreductases (CXXC). Like other selenoproteins, the challenge in accessing SELENOF has somewhat limited its full biological characterization thus far. Here we present the one-pot chemical synthesis of the thioredoxin-like domain of SELENOF, highlighted by the use of Fmoc-protected selenazolidine, native chemical ligations and deselenization reactions. The redox potential of the CXU motif, together with insulin turbidimetric assay suggested that SELENOF may catalyze the reduction of disulfides in misfolded proteins. Furthermore, we demonstrate that SELENOF is not a protein disulfide isomerase (PDI)-like enzyme, as it did not enhance the folding of the two protein models; bovine pancreatic trypsin inhibitor and hirudin. These studies suggest that SELENOF may be responsible for reducing the non-native disulfide bonds of misfolded glycoproteins as part of the quality control system in the ER.     

基于雌激素β受体结构雌激素类化合物的三维定量结构-活性关系与分子对接研究

雌激素类化合物由于其对人和野生动物健康的负面影响而受到广泛关注.雌激素受体存在α和β两种亚型,由于雌激素β受体（ERβ）与α受体（ERα）两者结合腔中的氨基酸序列存在明显差异,因此配体化合物在与雌激素β受体和α受体的结合活性和模式上也可能存在较大差别.本文以50个与雌激素β受体结合的化合物为研究对象,应用比较分子相似性指数分析（COMSIA）的三维定量结构-活性关系（3D-QSAR）分析方法研究化合物结构与活性之间的关系,比较了原子契合和基于受体结构两种分子叠合方式对模型质量的影响,建立了相关性显著、预测能力强的定量活性预测模型（R^2=0.961,qLOO^2=0.671,R^2Pred=0.722）,并结合分子对接方法揭示了影响化合物活性的分子结构特征和分子机理.     

基于启发式变量筛选方法研究与雌激素β受体结合的化合物结构与活性之间的关系

雌激素类化合物由于其对人和野生动物健康的负面影响而受到广泛关注.雌激素受体存在两种亚型(ERα和ERβ),化合物与两种受体亚型在结合活性和化合物结构特征方面存在差异.以31种与雌激素β受体亚型(ERβ)结合的化合物为研究对象,采用启发式变量筛选方法,从1524个变量中筛选出5个与化合物活性(lgRBA)最相关的变量,然后采用多元线性回归(MLR)建立最佳预测模型.模型相关性显著,而且具有良好的稳健性和预测能力(r2=0.829,q2LOO=0.742,r2pred=0.772,q2ext=0.724,RMSEE=0.395).同时揭示了影响化合物与ERβ受体结合的配体化合物分子的结构特征,并对模型的应用域进行了研究.     

Post-transcriptional control of selenoprotein biosynthesis

Selenoproteins are defined as proteins containing the 21st proteinogenic amino acid, selenocysteine (Sec). Sec is encoded by UGA (STOP) codons which are re-coded to Sec by the presence of a selenocysteine insertion sequence (SECIS) element in the 3'-untranslated region of selenoprotein mRNAs. The SECIS element is bound by several proteins, including SECIS-binding protein 2 (SBP2). Translation of selenoproteins critically depends on the integrity of the SECIS element - SBP2 interaction. Mutations in a SECIS element can abrogate expression of the respective selenoprotein. Mutations in SBP2 impinge on biosynthesis of a subset of selenoproteins and lead to a syndrome including hormonal, neurological, immunological symptoms as well as myopathy. Several other RNA-binding proteins are involved in selenoprotein translation and mediate the hierarchical response of selenoproteins to selenium deficiency. Global inhibition of selenoprotein translation is lethal in the mouse and hypomorphic mutations in selenocysteine synthase in humans leads to Progressive Cerebello Cerebral Atrophy, a neurodevelopmental and neurodegenerative disease in pediatric patients.     

Selenoproteins: the key factor in selenium essentiality. State of the art analytical techniques for selenoprotein studies

Selenium is an essential element for human health. The benefits of selenium are many including protection against cancer, heart diseases and other cardiovascular and muscle disorders. Selenium is also helpful in controlling gastrointestinal disorders, enhancing immunity of the human body and reducing age-related diseases. The health-promoting properties of Se are due to vital functions of selenoproteins in which selenium is present as selenocysteine, the 21st amino acid. To date, dozens of selenoprotein families have been described though many have roles that have not been fully elucidated. Selenoproteins research has attracted tremendous interest from different scientific areas. Analytical chemists have not remained indifferent to the attractive features of these unique proteins. Different analytical techniques, such as multidimensional chromatography–inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS), electrospray (tandem) mass spectrometry (ESI-MS/MS), matrix-assisted laser desorption ionization time-of flight (MALDI-TOF) and sodium dodecyl sulphate polyacrylamide gel electrophoresis–laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (SDS-PAGE-LA-ICPMS), have been applied to the determination of selenoproteins and selenium-containing proteins. This review describes the best-characterized selenoproteins to date in addition to the major contributions of analytical chemistry to the field of selenoproteins. The article also highlights the challenges of combining elemental and molecular mass spectrometry for the determination of selenoproteins and selenium-containing proteins.     

硒蛋白的抗氧化性研究与第21个氨基酸的发现

硒是人体必需的微量元素,以硒代半胱氨酸(Sec)的形式存在于蛋白质中作为硒酶的活性中心发挥作用,其生物功能主要是抗氧化。由于硒与人体健康具有十分密切的关系,所以硒蛋白的研究有着重要的理论和实际意义。本文以第一个硒蛋白细胞谷胱甘肽过氧化物酶为例,结合作者自己的工作,重点对该硒酶的结构、催化机制和模拟进行了综述,并就TGA编码Sec致第21个氨基酸的发现以及基于硒代半胱氨酸插入元件(SECIS)的特征寻找新硒蛋白的研究进展进行了介绍。     

钯(Ⅱ)与法莫替丁和卤代荧光素染料三元离子缔合物纳米微粒的共振瑞利散射光谱及其分析应用

在pH3.5～4.7NaAc-HAc的缓冲溶液中,法莫替丁(FMTD)与Pd(Ⅱ)形成五元环螯合阳离子([Pd(FMTD)]2+),再与二氯荧光素(DCF)、二溴荧光素(DBF)、二碘荧光素(DIF)、赤鲜红(ER)、曙红Y(EY)、乙基曙红(EE)等卤代荧光素(HF)反应形成1:1:2的三元离子缔合物([Pd(FMTD)]·(HF)2).[Pd(FMTD)]·(HF)2在疏水作用和范德华力的作用下进一步聚集形成平均粒径为9nm左右的纳米微粒,此时将引起体系吸收光谱变化、荧光猝灭和共振瑞利散射(RRS)急剧增强.[Pd(FMTD)]·(HF)2的最大吸收峰位于476nm(DCF体系)、540nm(DBF体系)、553nm(DIF体系)、560nm(ER体系)、547nm(EY体系)和549nm(EE体系),最大RRS散射波长位于302～361nm,散射增强程度(ΔI)在一定的范围内与FMTD的浓度成良好的线性关系,检出限为1.0～2.6ng/mL.据此提出了灵敏度高、选择性好、快速准确测定FMTD的分子光谱新方法.适用于片剂、胶囊和注射液等药物制剂的测定.研究了反应的适宜条件、影响因素和分析化学特性,并结合吸...