力敏感受体介导细胞功能调控的力学生物学研究

细胞膜是细胞与外部环境进行物质与能量交换的界面,是调节细胞正常生命活动的重要结构基础.细胞膜上力敏感受体可通过力学作用方式参与并影响细胞的力信号转导等功能.整合素和钙黏素是细胞膜上典型的力敏感受体,可介导细胞与细胞周围基质或邻近细胞发生力学作用,并将力学刺激信号转导为生化信号,进而激活细胞内一系列应答反应,最终影响细胞生长、分化、增殖、凋亡和迁移等功能.力敏感受体介导细胞功能调控研究已成为探索细胞主动响应外界复杂力学微环境的力学生物学机制的关键,为进一步深入认识生理和病理状态下细胞功能变化规律,为揭示疾病的发生、发展机制提供重要的力学生物学理论与实验依据.本文总结了力敏感受体介导细胞功能调控的国内外研究进展;介绍了黏附界面处典型力敏感受体的结构和功能;总结了这些力敏感受体参与的细胞力信号感知与响应的数理模型;概述了细胞通过力敏感受体进行力学信号转导的过程;介绍了黏附介导细胞功能调控的力学生物学过程和机制;简述了体外构建模拟细胞力学微环境中细胞-细胞外基质和细胞-细胞力学相互作用的技术;指出了力敏感受体介导细胞功能调控的力学生物学研究发展趋势和未来方向.     

信号转导抑制剂对TNF β诱导L929细胞凋亡的研究

本文采用FDA-PI荧光染色,DNA电泳和流式细胞仪等实验手段研究了本实验室自行重组并纯化的人TNF β对L929细胞的细胞毒效应,结果表明TNF β主要是诱导L929细胞以凋亡的形式死亡。实验还采用8种信号转导抑制剂,观察它们对TNF β杀伤L929细胞的影响,以探讨细胞凋亡的信号转导途径。初步研究表明：磷脂酶A2,Ca2+通道、丝氨酸蛋白酶的抑制剂能抑制TNF β对L929细胞的杀伤,而且抑制剂的持续存在能更有效地发挥这一抑制作用;相反地,蛋白激酶C和酪氨酸蛋白激酶的抑制剂可促进凋亡;而环加氧酶、磷脂酰肌醇-3激酶抑制剂则对细胞凋亡不起作用。     

仿生信号转导系统中的化学振荡:囊泡表面引入DPIP后诱发的机械-光信号转换(英文)

在一个已构建的以细胞肌醇磷脂信号转导途径为原型的仿生信号转导系统中,处于合成肽脂质囊泡表面的乳酸脱氢酶LDH被激活后,催化乳酸脱氢反应过程中,使辅酶NADH氧化为NAD,在此过程中引入DPIP.利用DPIP,在囊泡表面形成了一个由机械信号到光信号转换的化学振荡体系,该体系以DPIP和NADH摩尔比为1∶10的比例进行振荡,其平均循环周期为32min,大于无肽脂质囊泡存在的体系之平均循环周期时间。结果表明:囊泡表面引入DPIP后,在整个系统受到机械刺激信号时,可以引发一个溶液从蓝色到无色,再由无色到蓝色,循环往复的化学振荡.由于LDH结合在囊泡表面,这可能降低了其对NADH的活化作用,从而令化学振荡的平均循环周期时间加长.     

细菌反应调节蛋白RR468磷酸化和去磷酸化关键位点的NMR研究

反应调节蛋白是细菌双组分信号转导系统的重要组分,用于传递来自组氨酸激酶的信号并产生适应性反应.在整个信号转导过程中,反应调节蛋白的磷酸化和去磷酸化最终决定了该系统的信号输出和信号转导终止,因此其磷酸化和去磷酸化作用位点是控制其功能的关键要素．我们以来源于Thermotoga maritima中的反应调节蛋白RR468作为研究对象,将其分别位于loop b3-a3和loop b4-a4上的两个关键位点M55和K85进行突变,通过功能实验验证了这两个残基突变会对蛋白磷酸化和去磷酸化产生影响,并且利用液体核磁共振（NMR）手段对两个突变体的结构和动力学性质进行了研究．     

我国化学生物学研究新进展

作为化学领域的一门新兴二级学科,化学生物学已经成为具有举足轻重作用的交叉研究领域,是推动未来生命和化学学科发展的重要动力。近年来,我国的化学生物学研究正在以前所未有的速度蓬勃发展,在基础建设、人才培养、研究经费支持等方面都有了长足的进步。尤其是以国家自然科学基金委"基于化学小分子探针的信号转导过程研究"重大研究计划为依托,我国的化学生物学工作者以小分子探针为工具,充分发挥化学与生命科学等多学科综合交叉的优势,对细胞信号转导中的重要分子事件和机理进行了深入的探索,在一些前沿方向上取得了突出的成绩,相关研究结果多次发表在顶级的国际期刊上。本文对近两年来我国化学生物学领域取得的突出进展加以归纳和介绍:(1)基于小分子化合物及探针的研究。利用有机化学手段,通过设计合成一系列多样化的小分子化合物,以这些探针为工具深入开展了细胞生理、病理活动的调控机制、细胞关键信号转导通路及重要靶标、抑制剂和标记物的发现、基于金属催化剂的活细胞生物分子激活等方面的研究;(2)以化学生物学技术为手段,着重发展了针对蛋白质、核酸和糖等生物大分子的合成、特异标记与操纵方法,用以揭示这些生物大分子所参与的生命活动的调控机制;(3)采用信号传导过程研究与靶标发现相结合,以实现"从功能基因到药物"的药物研发模式,发展了药物靶标功能确证与化合物筛选的联合研究策略;(4)以化学分析为手段,发展了在分子水平、细胞水平或活体动物水平上,获取生物学信息的新方法和新技术。这些研究成果极大地推动了我国化学生物学的进步。共引用63篇参考文献。     

可溶性鸟苷酸环化酶介导NO信号转导的结构基础及其分子机制研究

可溶性鸟苷酸环化酶(sGC)是NO信号转导通路中的核心金属酶,是NO的敏感器和受体.sGC含有?和?两个亚基,每个亚基分别具有3个结构域,包括血红素结构域、中心结构域和催化结构域,两个亚基的血红素结构域共享有一个血红素,NO结合到sGC的血红素后,激活sGC,催化其底物GTP转化为二级信号分子cGMP,开启PKG信号通路,导致血管舒张.NO信号转导通路异常将导致多种疾病的发生,如多种心血管疾病、肺动脉高血压、心力衰竭及神经退行性疾病等.近20年来,关于sGC的结构、功能、激活机制及其在生理与病理中的作用有了很多进展.本文重点对sGC的结构、功能及其活化/失活机制研究进展进行综述.     

纳米粒子与细胞相互作用的力学-化学偶联研究进展

纳米粒子在生物医学和大气环境领域的广泛研究使得其生物安全性越来越受到重视。目前已经有许多研究关注纳米粒子与细胞的相互作用及细胞毒性问题。本综述从细胞力学-化学偶联的角度总结了近五年来有关纳米粒子与细胞相互作用的研究进展。首先介绍了与细胞力学-化学偶联性质相关的分子基础以及目前检测细胞机械性质的纳米技术,然后重点讨论了纳米粒子对细胞粘附、骨架、刚度和迁移性质的影响。在此基础上,进一步指出了纳米生物力学-化学偶联的挑战与展望。     

12-羟基二十碳四烯酸与细胞增殖及凋亡关系研究进展

细胞维持正常增殖需要体内复杂而精密的调控,其中细胞内信号转导是极其重要的一方面,若细胞内的信号转导调控失调导致细胞恶性增殖就会形成肿瘤。众多研究表明,花生四烯酸的代谢产物12-羟基二十碳四烯酸（12-HETE）与正常细胞及癌变细胞的增殖、迁移密切相关。大多数肿瘤细胞都可产生12-HETE,在肿瘤发生时,较高的12-HETE浓度是重要的信号分子,并在多条信号途径中起重要作用。本文现就12-HETE与细胞增殖及凋亡关系的研究进展作一综述。     

探测应答调控蛋白PhoBNF20D自由态中存在的Pre-Active构象

PhoB是PhoR/PhoB双组分信号转导系统（TCS）中的应答调控蛋白，来自大肠杆菌，可以参与环境中自由Pi的调控应答.PhoB拥有保守的磷酸化位点D53，当Mg²⁺存在时，会变成活性构象，但是其中的机理尚不清楚.目前已经有报道指出，自由态的应答调控蛋白存在少量的活性构象，而且它们和蛋白的激活过程相关，但是这种活性构象一般不稳定，很难观测到.本文以PhoB_N^F20D作为模型，¹H-¹⁵N HSQC和¹⁹F NMR谱图显示，自由态PhoB_N^F20D在溶液中存在pre-active构象，BeF₃^-可以稳定这种活性构象，而且Mg²⁺可以促进非活性构象到活性构象之间的转化，在BeF₃^-存在的情况下可以使PhoB_N^F20D形成完全的活性构象.同时我们利用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）弛豫弥散实验证明了PhoB_N^F20D存在两态交换.     

基于信号分子双向输运的运动细胞极性反转模拟

为解释运动细胞极性反转实验所发生的现象, 依据调控细胞极化的信号级联转导关系, 构建了包含一对非稳态二维反应—扩散方程的数学模型, 并采用格子Boltzmann 方法数值求解. 数值实验显示, 当反向信号使胞内Rac 的活化梯度值达到和超过初始正向极化梯度的1.5 倍时, 负责细胞极化的Rac-PIs 反馈回路产生时空调控效应, 可驱动伪足标识信号分子(如磷酸激酶(PI3K) 和磷脂酰肌醇-3, 4, 5- 三磷酸(PIP₃)) 和尾部标识信号分子(如磷酸酶(PTEN) 和磷脂酰肌醇-4, 5- 双磷酸(PIP₂)) 发生双向输运, 并最终重新积聚于对极. 模拟得到的极性反转时程曲线与已有实验吻合. 此外, 针对实验观测到的新伪足开始形成与原先伪足完全消失之间存在着延滞时间(~30 s), 该文证实这是由于细胞两极对游离态激活酶(例如, PI3K) 展开竞争所致, 无需引入前人所设想的全局性抑制因子的作用.