一种线粒体靶向香豆素基pH荧光探针合成及性能

线粒体作为一种重要的细胞器,其功能包括能量供应、信号传导、细胞分化以及控制细胞生理周期和细胞生长等。线粒体的任何损伤及随后的功能障碍都可能导致一系列人类疾病。其中线粒体pH直接影响着其生化过程,正常的pH水平是线粒体功能正常运作的基础。本文以7-羟基香豆素为原料,合成了一种对线粒体特异性标记的pH荧光探针(CMPH)。并对该探针的光学性质、细胞毒性和线粒体靶向能力进行了研究。结果表明,探针CMPH具有较大的斯托克斯位移,能对pH特异性荧光响应。pH在6.5～8.2范围内时,探针的荧光强度和pH值具有良好的线性关系。细胞毒性测试表明探针CMPH细胞毒性低。共聚焦荧光成像结果证明,该探针能有效靶向线粒体并能监测线粒体pH的变化。我们的目的是为线粒体pH变化的监测提供一种新的成像工具。     

Alpha-突触核蛋白与完整线粒体相互作用的NMR研究

天然无结构蛋白alpha-突触核蛋白（α-synuclein）能影响线粒体的形态、动力学及损害线粒体正常功能,被认为是帕金森症的致病机制之一.α-synuclein与线粒体模拟膜及分离提取的完整线粒体的相互作用研究是理解该蛋白如何影响线粒体的有效途径.文献报道α-synuclein能与磷脂模拟的线粒体内膜相互作用却不与模拟的外膜相互作用,且N端在与线粒体的结合中扮演重要角色,但具体的作用位点仍不十分清楚.本文利用核磁共振（NMR）方法研究了α-synuclein与大鼠肝脏中分离的完整线粒体的相互作用,发现α-synuclein能与线粒体外膜相互作用,且作用区域位于α-synuclein N端的前60个氨基酸残基.这一结果与文献报道并不相同,可能是因为α-synuclein与线粒体外膜的作用不仅依赖于膜组分,可能也和膜的曲率或膜上其他组分等相关,而这些是模拟膜所不易体现的.同时,我们的研究也证实NMR是研究蛋白质与分离完整线粒体相互作用的有效方法.     

电离辐射引起的线粒体DNA损伤及突变研究进展

指出了线粒体DNA损伤及突变研究与核DNA相关研究的区别,并总结了国内外关于电离辐射引起线粒体DNA损伤突变的研究进展。 针对放射生物学中线粒体学方面研究还有待进一步加强的现状, 中国科学院近代物理研究所的研究人员在方法学上建立起了real-time PCR和long PCR等手段对线粒体DNA损伤及突变进行定量检测, 并以此为基础, 对电离辐射引起的线粒体功能变化进行了较为深入的研究。总结了线粒体DNA损伤及突变研究对阐明电离辐射引起的生物学效应所具有的贡献, 提出未来在放射生物学中以远后效应, 能量代谢为主的线粒体学研究方向。 Current advance in ionizing radiation induced mitochondrial DNA damage and mutations is reviewed, in addition with the essential differences between mtDNA and nDNA damage and mutations. To extent the knowledge about radiation induced mitochondrial alterations, the researchers in Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences developed some technics such as real time PCR, long PCR for accurate quantification of radiation induced damage and mutations, and in depth investigation about the functional changes of mitochondria based on mtDNA damage and mutations were also carried out. In conclusion, the important role of mitochondrial study in radiation biology is underlined, and further study on mitochondrial study associated with late effect and metabolism changes in radiation biology is pointed out.     

呼吸缺陷型酵母菌株的离子束辐射敏感性研究

选取一株由离子束辐照诱变获得的呼吸缺陷型酵母菌株，研究其在不同离子辐照剂量范围的辐射敏感性。结果发现，呼吸缺陷型酵母菌株因其线粒体及线粒体DNA发生突变，在离子束辐照时，在低剂量区域表现出较高辐射敏感性，在高剂量区则表现出对于辐射的抗性。     

聚集诱导发光探针用于线粒体靶向和癌细胞识别研究进展

聚集诱导发光(Aggregation-induced emission, AIE)探针由于其极高的灵敏度和极佳的光稳定性在癌症诊断和治疗等方面具有不可估量的应用前景。线粒体作为所有细胞共有的重要细胞器,在癌细胞和正常细胞中显示出明显的性质区别,因此可作为线粒体靶向AIE探针区分癌细胞与正常细胞的靶标。本文介绍了线粒体靶向AIE探针的设计方法、成像机理以及它们对癌细胞与正常细胞、循环肿瘤细胞与白细胞以及癌细胞和相关细菌与正常细胞的区别成像。这些荧光探针在癌症诊断、手术导航、癌症治疗的效果评估和后续复发监测以及细胞污染评估等方面具有广阔的应用前景。通过本文的介绍,能够让更多读者了解AIE探针在癌细胞识别方面的显著优势,激发开发性能更为丰富的探针材料和开展更为深入的研究,从而促进生物医学领域的快速发展,造福人类。     

基于三苯胺的增强型Fe3+荧光探针及性能

Fe3+在人的许多生理过程中扮演着重要的角色,例如氧气运输、DNA合成、髓磷脂合成、线粒体呼吸、神经递质合成和代谢等.然而,过量的Fe3+会诱导细胞产生·OH从而引起细胞损伤,并且还会诱导β-地中海贫血、帕金森病、癫痫和阿尔茨海默病等疾病的发生.因此,对Fe3+的检测和监测具有非常重要的意义.本文设计并合成了一种以三苯...     

高压纳秒脉冲电场的细胞器生物电效应综述

纳秒级高压脉冲电场的生物医学应用是近年来新兴的交叉学科研究领域,相比于微秒和毫秒级脉冲电场,高压纳秒脉冲电场不仅能够导致细胞膜结构极化和介电击穿,产生膜电穿孔,还可以穿透至细胞内部,引发诸如细胞骨架解聚、胞内钙离子释放及线粒体膜电位耗散等细胞器生物电效应,吸引了学术界的广泛关注.本文首先介绍高压纳秒脉冲电场及其细胞器生物电作用的物理模型;然后对高压纳秒脉冲电场与细胞骨架、线粒体、内质网、细胞核等亚细胞结构的相互作用研究进行综述和总结;强调高压纳秒脉冲电场的细胞器作用与细胞死亡、细胞间通信等生物效应之间的联系;最后,凝练当前高压纳秒脉冲电场在生物医学研究中的关键技术问题,并对未来潜在的研究方向进行展望.     

利用电子自旋共振（ESR）技术研究一氧化氮自由基在心脑血管疾病和健康中的“双刃剑”作用

一氧化氮(NO)是一个简单的气体自由基,在心血管、免疫和神经系统是一个重要的信号分子．NO由不同形式的NO合酶,内皮型NO合酶(eNOS),神经型NO合酶(nNOS)和诱导型NO合酶(iNOS)在不同细胞中产生．NO在调节血压和血管稳态方面发挥重要的生理作用,但是,由iNOS产生过量的NO就会抑制心脏收缩、损伤线粒体甚至引起细胞凋亡．NO可以影响神经递质释放及突出体生成过程和可塑性,NO在脑的发育和维持调节脑回路、作为学习的信号分子发挥着重要作用．然而,越来越多的证据表明,如果NO产生过多,就可能损伤心血管和神经,甚至引起心脑血管还推行型疾病．该文综述了近年来利用ESR研究NO在心脑血管疾病和健康方面的“双刃剑”作用和天然抗氧化剂的保护作用的一些结果．     

DHL细胞中5-ALA代谢PpⅨ的定位分析

采用共聚焦显微技术中的双光子激发荧光方法获得DHL细胞中5-氨基酮戊酸(5-ALA)代谢原卟啉Ⅸ(PpⅨ)荧光图像.结合Rhodamine123、DioC6(3)和LysoTraeker Green三种细胞器荧光探针的使用,采用双标的标记方法观察DHL细胞中5-ALA代谢PpⅨ在DHL细胞的定位分布,进而利用Matlab软件对获得的定位的融合荧光图像进行相关系数计算.通过Matlab软件编写程序对获得的定位图像进行边缘检测、提取和分割等处理,计算获得的线粒体相关系数r=0.564;内质网相关系数r=0.465;溶酶体相关系数r=0.366;可以认为5=ALA代谢PpⅨ在线粒体、内质网、溶酶体三种细胞器区域均有分布,但PpⅨ在不同细胞器聚集程度存在比较大的差异,经过3 h的孵育代谢PpⅨ主要积聚于线粒体,而溶酶体中积聚的最少.研究表明双光子激发荧光可成为定性或定量研究DHL细胞中5-ALA代谢PpⅨ以及PpⅨ在细胞定位的重要方法.     

乏氧细胞线粒体与肿瘤辐射抗性

综述了乏氧环境对细胞整体和对线粒体的影响,正常细胞线粒体呼吸链在乏氧环境下的损伤及其与肿瘤的关系,并对肿瘤细胞适应乏氧环境的机制进行了阐述。总结了线粒体作为供能细胞器,对肿瘤细胞在乏氧条件下生长、侵袭和转移及获取能量过程中的作用,并介绍了中国科学科院近代物理研究所利用重离子辐照所做的相关研究成果,包括不同剂量重离子对线粒体DNA超螺旋构象及线粒体功能的影响,同一剂量不同时间重离子辐照后对线粒体DNA 4 977 大片段损伤累积的影响。The hypoxia environment on the cells and mitochondria, and the damage of normal cells mitochondrial respiratory chain in hypoxia and its relationship with tumors are reviewed. In addition, the tumor radiation resistance mechanism in hypoxia are summarized. It also expounds that mitochondria, as energy supply organelles for cells, are related to tumor cells growth, invasion and metastasis in hypoxia environment, besides, it gives a brief introduction to the mitochondria study of the Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences with heavy ion irradiation, including effects of different dose of heavy ion on mitochondrial DNA superhelix conformation and function of mitochondria,and the influence on mitochondrial DNA 4 977 damage cumulation in different time after the same dose of heavy ion irradiation.     

利用电子自旋共振(ESR)技术研究一氧化氮自由基在心脑血管疾病和健康中的“双刃剑”作用（英文）

一氧化氮(NO)是一个简单的气体自由基,在心血管、免疫和神经系统是一个重要的信号分子.NO由不同形式的NO合酶,内皮型NO合酶(eN OS),神经型NO合酶(n NOS)和诱导型NO合酶(iN OS)在不同细胞中产生.NO在调节血压和血管稳态方面发挥重要的生理作用,但是,由i NOS产生过量的NO就会抑制心脏收缩、损伤线粒体甚至引起细胞凋亡.NO可以影响神经递质释放及突出体生成过程和可塑性,NO在脑的发育和维持调节脑回路、作为学习的信号分子发挥着重要作用.然而,越来越多的证据表明,如果NO产生过多,就可能损伤心血管和神经,甚至引起心脑血管还推行型疾病.该文综述了近年来利用ESR研究NO在心脑血管疾病和健康方面的"双刃剑"作用和天然抗氧化剂的保护作用的一些结果.     

单胺氧化酶荧光探针研究进展

单胺氧化酶(Monoamine oxidases, MAOs)是一种膜结合的线粒体酶,通过催化氧化及脱氨反应来维持神经递质和其他生物胺在生物系统中的稳态。MAOs功能障碍与许多神经和精神疾病密切相关,因此,监测MAOs的活性及表达水平,对深入理解其生理功能及相关疾病的临床诊断都具有十分重要的意义。荧光探针具有原位、无创、可实时成像等优势,是准确监测MAOs活性的一种有效方法。本文综述了近年来MAOs荧光探针的研究进展,阐述了这些荧光探针在MAOs相关疾病诊断及治疗中的应用。     

重构家族血缘树

 这篇短文从人类寻根谈起, 介绍线粒体与Y染色体知识, 分子人类学的重要成果, 历史人类学的研究进展, 我们基于血缘距离网络的研究尝试, 直到采用大数据确定曹操遗传标记的社会物理学探索。因为是科普文章, 引用材料不另外注明。     

抗氧化剂抗脂质过氧化机制的ESR研究

以NADH诱导的心肌线粒体损伤体系为模型,在体外用ESR研究了谷胱甘肽(GSH)、超氧化物歧化酶(SOD)及辣根过氧化物酶(HRP)的抗氧化机制.结果表明,低浓度的GSH可部分抑制体系中自由基的生成;SOD与HRP以适当比例共同作用,可完全抑制体系中自由基的生成,较好地防止脂质过氧化的发生.     

光谱法研究细胞色素C与proliNONOate之间的相互作用

细胞色素C(Cytochrome,Cyt c)作为细胞内线粒体的电子传递体,与NO之间的相互作用结果对于线粒体凋亡的检测有着重要的生物学意义。采用紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、电子顺磁技术(EPR)、时间过程光谱、圆二色(CD)光谱和同步荧光光谱等方法对处于不同价态的Cyt c与NO替代物,即proliNO/NO(proliNONOate)的相互作用过程,以及Cyt c在结合NO过程中蛋白空间结构的变化进行了详细研究。实验结果发现： 在模拟生理条件下,不同价态的Cyt c都能够直接与NO替代物(proliNO/NO)所产生的NO发生配位反应。推断出Cyt c与NO之间相互作用发生的可能机制： NO与Cyt c结合过程,是因为与Cyt c中Fe配位的轴向配体以及卟啉周围的取代基变化而发生结合的。具体反应过程为： 溶液中的NO诱导Cyt c中的Heme上Met80远离原来位置,Fe-S键断裂,进而空出的Fe与NO结合生成Fe-N键,从而生成新的Cyt c-NO配合物。研究表明： Cyt c-NO二元复合物不稳定,会发生光解离反应,通过线性拟合得出： 其解离过程属于准一级反应,解离速率为(0.071 1±0.039 6) s-1。同时,血红素Fe与NO间新键的形成,影响了色氨酸和酪氨酸微环境的变化;Cyt c二级结构受proliNO/NO浓度的影响,当proliNO/NO浓度低于8.6×10-4 mol·L-1时,Cyt c的α-螺旋特征峰强度变化很小,且位置不变;但proliNO/NO浓度高于8.6×10-4 mol·L-1时,即过量,Cyt c的二级结构变化很明显,说明过量的NO能导致Cyt c二级结构的破坏。NO与Cyt c配位反应机制的研究对于利用NO抑制线粒体内的氧气消耗,以及线粒体内NO的代谢具有重要的意义。     

超声激活血卟啉对B16小鼠黑色素瘤细胞杀伤作用的研究初报

采用MTT法检测,经超声、超声 血卟啉分别作用后细胞线粒体内琥珀酸脱氢酶的活性,研究超声激活血卟啉对体外培养的B16小鼠黑色素瘤细胞的杀伤作用。结果表明:1.6MHz超声对B16小鼠黑色素瘤细胞辐照5min可表现出明显的杀伤效应,而超声协同被激活的血卟啉对B16细胞的杀伤作用比单纯超声的杀伤效应更加明显,且有显著性差异。     

SERS探针研究细胞色素c与心磷脂相互作用后磷脂膜的渗透性

线粒体内膜上心磷脂(CL)和细胞色素c(Cyt c)参与细胞凋亡。二者之间的相互作用能够激活Cyt c的过氧化物酶活性,导致CL发生过氧化作用,从而促进Cyt c从线粒体膜间隙释放到细胞质中,最终引起细胞凋亡。目前相关研究主要集中在Fe~(3+)Cyt c和CL之间的相互作用,我们利用硫氰根离子(-SCN)为SERS探针,对比了Fe~(3+)Cyt c和Fe~(2+)Cyt c与CL相互作用后磷脂膜渗透性的差别。结果显示Fe~(2+)Cyt cCL复合物中释放的-SCN的SERS信号强度比Fe~(3+)Cyt c-CL复合物大约高5倍,表明Fe~(2+)Cyt c可以诱导CL更高的渗透性。     

电子自旋共振(ESR)技术在生物和医学中的应用

电子自旋共振(electron spin resonance,ESR)是检测自由基最直接最有效的方法,是自由基生物学和医学不可缺少的重要研究技术. 作者综述了ESR、自旋标记、自旋捕集和ESR 成像技术的最新发展及ESR技术在细胞膜、蛋白质结构和一些重大疾病如心脏病、老年痴呆症、帕金森综合症和中风等疾病研究及辐射损伤和植物疾病研究中的应用.     

光钳及其在生物学中的应用

激光器的出现，为光压的实际提供了可能。从理论原理，实验方法和价值三方面，对光钳技术作了概要评述，介绍了光钳技术在细胞，线粒体和染色体等三个不同的生物学层次的研究中的应用。并提出了新的实验构思，建议开发“光钳仪”，总结光钳方法，以开拓生物学研究的新领域。     

茶多酚对6-OHDA诱导的SH-SY5Y细胞凋亡的保护作用

茶多酚在体内具有广泛的生物活性和药理作用,有助于预防与氧化应激相关的疾病,比如癌症,心血管疾病,神经退行性疾病和衰老. 氧化应激参与了帕金森病（PD）的病理进程. 活性氧在PD的发病机制中发挥了重要的作用,氧自由基直接损伤细胞膜引起脂质过氧化,损伤蛋白质和各种功能酶引起蛋白质沉淀,诱导促凋亡因子的表达,损伤DNA,最终导致了细胞的凋亡. 然而,关于茶多酚对PD的预防和治疗作用目前还不清楚. 本文应用氧化应激诱导的PD病理细胞模型,评价了茶多酚的神经保护作用. 结果表明茶多酚这类植物天然抗氧化剂对氧化应激诱导的细胞凋亡具有明确的抑制作用. 实验中我们选择了6-OHDA诱导的SH-SY5Y细胞作为细胞模型, 运用了MTT、流式细胞术、荧光显微成相, 竞争性ELISA和蛋白质杂交等方法研究了SH-SY5Y细胞的凋亡特性. 结果表明,6-OHDA对SH-SY5Y有时间-浓度依赖性细胞毒性,100 μmol/L 6-OHDA处理24 h,细胞活力减少50 %,同时伴随着活性氧增加（用ＥＳR）,线粒体膜电位降低,细胞内钙离子和一氧化氮增加,nNOS和iNOS表达量上升及蛋白结合的硝基酪氨酸水平升高. 单独茶多酚处理对细胞没有太大的影响,而茶多酚预处理可显著降低6-OHDA所产生的细胞毒性. 溶液实验证明,茶多酚对6-OHDA的自氧化有浓度-时间依赖性抑制作用（用ＥＳＲ）. 本研究表明茶多酚可能是通过活性氧-一氧化氮途径,减少过氧亚硝基的生成来对6-OHDA诱导的细胞凋亡表现保护作用的. 本文的实验结果提示茶多酚在治疗PD等慢性神经退行性疾病上可能是一种有着潜在疗效的药物.