线粒体蛋白质组学的研究进展(一)

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线粒体动力相关蛋白1与动脉粥样硬化研究进展

线粒体动力相关蛋白1与动脉粥样硬化研究进展

基金项目:天津市教委科研计划项目(2022KJ167);北京中医药大学孙思邈研究院2021年度中医药科研计划资助项目(SSMYJY 2 2021 04);天津中医药大学第一附属医院“拓新工程”基金科研项目(ZD202109)通信作者:庞树朝,E mail:dashu198601@163.com线粒体动力相关蛋白1与动脉粥样硬化研究进展刘小雨 庞树朝 江杨杨 王丽欣(天津中医药大学第一附属医院国家中医针灸临床医学研究中心,天津300193)【摘要】线粒体动力学是指线粒体通过分裂和融合维持线粒体网络的动态平衡并为细胞提供能量,多种因素诱导下引发的线粒体动力学失衡,尤其是线粒体分裂异常与动脉粥样硬化(AS)进展密切相关。

而动力相关蛋白1(Drp1)是介导线粒体分裂的最关键蛋白,Drp1在AS中表达增加与内皮细胞衰老、血管平滑肌细胞增殖和迁移及向成骨样细胞转化、巨噬细胞参与的胆固醇外流及炎症反应等AS相关病理因素相互影响,加速疾病进程。

此外,Drp1的抑制剂及部分中药提取物被证明依赖于Drp1途径减缓AS进程。

现就Drp1的结构与活性调控、其在AS进展中的关键作用及靶向Drp1治疗AS的研究现状加以阐述。

【关键词】动脉粥样硬化;线粒体;动力相关蛋白1【DOI】10 16806/j.cnki.issn.1004 3934 2024 01 018Dynamin RelatedProtein1andAtherosclerosisLIUXiaoyu,PANGShuchao,JIANGYangyang,WANGLixin(FirstTeachingHospitalofTianjinUniversityofTraditionalChineseMedicine,NationalClinicalResearchCenterforChineseMedicineAcupunctureandMoxibustion,Tianjin300193,China)【Abstract】Mitochondrialdynamicsreferstomitochondrialfissionandfusioninordertomaintainthedynamicbalanceofthemitochondrialnetworkandprovideenergytothecell.Theadvancementofatherosclerosis(AS)isdirectlylinkedtoanimbalanceinmitochondrialdynamicscausedbyavarietyofcauses,particularlyabnormalmitochondrialfission.Dynamicrelatedprotein1(Drp1)isthemostcriticalproteinthatmediatesmitochondrialdivision.TheincreasedexpressionofDrp1inASinteractswithpathologicalfactorsrelatedtoAS,suchasendothelialcellsenescence,proliferationandmigrationofvascularsmoothmusclecells,andtransformationtoosteoblast likecells,macrophage involvedcholesteroleffluxandinflammation,therebyacceleratingthediseaseprogression.Inaddition,inhibitorsofDrp1andsomeherbalextractshavebeenshowntobedependentontheDrp1pathwaytodecelerateASprogression.ThisarticleelaboratesonthestructureandactivityregulationofDrp1,itskeyroleintheprogressionofAS,andthecurrentresearchstatusoftargetedDrp1therapyforAS.【Keywords】Atherosclerosis;Mitochondrion;Dynamin relatedprotein1 心血管疾病发病率逐年上升,2019年在农村和城市中心血管疾病分别占中国居民死因的46.74%和44.26%,中国正面临人口老龄化和代谢危险因素的双重压力,心血管疾病负担仍将持续增加[1]。

植物线粒体巯基亚硝基化修饰蛋白质组学研究进展

植物线粒体巯基亚硝基化修饰蛋白质组学研究进展

植物线粒体巯基亚硝基化修饰蛋白质组学研究进展张秋楠;喻娟娟;秦智;戴绍军【摘要】蛋白质S-亚硝基化是一氧化氮(NO)与蛋白质半胱氨酸残基(Cys)共价连接形成S-亚硝基硫醇(-SNO)的过程,被认为是植物中体现NO生物活性的最重要途径.线粒体在依赖S-亚硝基化的NO信号转导中起关键作用.综述了应用蛋白质组学技术鉴定的植物线粒体S-亚硝基化蛋白质的特征,为认识线粒体NO调控网络体系中重要的信号与代谢通路(如光呼吸、三羧酸循环、氧化磷酸化、活性氧分子(ROS)稳态,以及蛋白质加工与周转)提供了线索.【期刊名称】《上海师范大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2018(047)006【总页数】6页(P647-652)【关键词】植物;线粒体;S-亚硝基化;蛋白质组学【作者】张秋楠;喻娟娟;秦智;戴绍军【作者单位】上海师范大学生命科学学院植物种质资源开发协同创新中心,上海200234;上海师范大学生命科学学院植物种质资源开发协同创新中心,上海200234;东北林业大学盐碱地生物资源环境研究中心,黑龙江哈尔滨150040;上海师范大学生命科学学院植物种质资源开发协同创新中心,上海200234;上海师范大学生命科学学院植物种质资源开发协同创新中心,上海200234【正文语种】中文【中图分类】Q946.10 引言一氧化氮(NO)参与植物种子萌发、根生长、气孔运动、开花等多种生物学过程的调节,在植物胁迫应答过程中也具有重要作用[1].NO通过参与调节蛋白质S-亚硝基化、金属亚硝基化和酪氨酸硝化等过程影响蛋白质的功能.其中,蛋白质S-亚硝基化是NO与蛋白质半胱氨酸(Cys)残基共价连接形成S-亚硝基硫醇(-SNO)的过程.蛋白质S-亚硝基化会影响其结构、活性、亚细胞定位,以及与其他蛋白质相互作用等[2].线粒体在依赖S-亚硝基化的NO信号通路中起关键作用.线粒体是腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)合成的重要场所,并参与凋亡信号转导.线粒体中含有大量的硫醇和过渡金属,为-SNO的生成提供了场所.此外,在线粒体丰富的膜系统中容易积累亲脂性分子,如NO,因此成为植物中NO作用的主要靶细胞器.例如,NO可与复合物IV(细胞色素c氧化酶)的双核CuB/血红素a3位点结合,从而抑制该酶的活性[3].迄今为止,研究者们应用蛋白质组学技术对拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)、小麦(Triticum aestivum)、马铃薯(Solanum tuberosum)、酸橙(Citrus aurantium)、芥菜(Brassica juncea)和落地生根(Kalanchoe pinnata)的叶片和幼苗应答各种胁迫(如S-亚硝基谷胱甘肽(GSNO,细胞内NO的主要存在形式)、H2O2、低温、盐和干旱胁迫)的S-亚硝基化蛋白质进行了分析[4-13].其中,多种植物线粒体S-亚硝基化蛋白质参与调控光呼吸、三羧酸循环、氧化磷酸化、活性氧分子(ROS)稳态、蛋白质加工与周转,以及物质代谢等过程.1 S-亚硝基化调节光呼吸相关酶的活性NO可通过调控线粒体光呼吸相关酶的活性来调节光呼吸代谢.在线粒体中,二分子甘氨酸(Gly)在甘氨酸脱羧酶复合体(GDC)和丝氨酸羟甲基转移酶(SHMT)作用下生成丝氨酸(Ser).这一步可分为2个反应:一分子Gly可被GDC脱羧生成N5,N10-亚甲基四氢叶酸(m-THF),释放CO2和NH3;另一分子Gly在SHMT作用下,与m-THF反应生成Ser.GDC由含硫辛酰胺辅基的H蛋白,含磷酸吡哆醛辅基的P蛋白,含四氢叶酸的T蛋白和L蛋白组成.蛋白质组学结果表明:GDC-H蛋白在用物质的量浓度为250 mmol·L-1的GSNO[10]处理过的悬浮培养细胞中,发生S-亚硝基化修饰,并且在4 ℃下处理过的拟南芥叶片中亚硝基化程度增加(图1)[12].PALMIERI 等[3]发现在用物质的量浓度为1 mmol·L-1 GSNO处理过的拟南芥叶片中,GDC-H1、GDC-P1和GDC-P2这3个亚基都被鉴定为S-亚硝基化靶蛋白.此外,研究表明氧化还原剂可调节植物叶片和离体线粒体中的GDC活性,也证实NO可抑制GDC活性,并且该过程与GDC脱羧亚基的几个Cys残基的S-亚硝基化和谷胱甘肽化密切相关.此外,GDC活性的抑制与拟南芥应答细菌激发子超敏蛋白的相关反应直接相关,并且这种抑制能够激活氧化还原应答机制,从而引发线粒体紊乱和细胞死亡[3].该结果表明线粒体中的NO和ROS之间存在相互关联,并且在植物应答胁迫过程中发挥重要作用.在用物质的量浓度为1 mmol·L-1GSNO处理过的拟南芥叶片中,SHMT也发生了S-亚硝基化修饰[3].由此可知,NO可通过调节GDC和SHMT的S-亚硝基化水平来影响Gly转化为Ser的过程,进而影响光呼吸代谢.图1 S-亚硝基化蛋白质组学研究揭示的植物线粒体NO信号调控网络.缩写:CBS,胱硫醚β-合酶;Cpn,分子伴侣;DLDH,二氢硫辛酰胺脱氢酶;GDC,甘氨酸脱羧酶;GDH,谷氨酸脱氢酶;Hsp,热激蛋白;IPMDH,3-异丙基苹果酸脱水酶;MDH,苹果酸脱氢酶;Mn-SOD,锰超氧化物歧化酶;Prx,过氧化物氧化还原酶;SDH,琥珀酸脱氢酶;SHMT,丝氨酸羟甲基转移酶;SUCA2,琥珀酰-CoA合成酶2 S-亚硝基化修饰调控三羧酸循环线粒体中的三羧酸循环能为植物生长发育和逆境应答提供能量.在此过程中,草酰乙酸(OAA)与乙酰CoA结合,在一系列酶的催化作用下重新生成OAA,并释放CO2和还原当量(图1).顺乌头酸酶(ACO)可催化柠檬酸转变为异柠檬酸.蛋白质组学研究发现,拟南芥悬浮培养细胞中的ACO在经物质的量浓度为250 mmol·L-1的GSNO 处理后发生S-亚硝基化修饰[10].ACO是动物体内主要的NO靶蛋白,动物细胞质ACO可作为关键的氧化还原传感器,还可被NO转化为一种mRNA结合蛋白.与动物ACO类似,烟草(Nicotiana tabacum)ACO的酶活性也可被NO所抑制,并且烟草细胞质ACO(NtACO1)也可以通过IRP-1参与mRNA的结合,这说明植物与动物体内的NO调控ACO功能的机制很相似[14].琥珀酰-CoA合成酶(SUCA)能催化琥珀酰-CoA和琥珀酸的可逆反应,是三羧酸循环中唯一的底物磷酸化反应.琥珀酸脱氢酶(SDH)能催化琥珀酸脱氢生成延胡索酸.在NO过剩突变体(noe1)水稻植株中发现,SUCA2发生亚硝基化修饰[9];在干旱处理4 d的敏感基因型小麦中,SDH的亚硝基化水平增加[7].线粒体苹果酸脱氢酶(MDH)能催化L-苹果酸脱氢变成OAA,这也是三羧酸循环中的重要步骤.在GSNO处理的拟南芥悬浮培养细胞中,MDH发生S-亚硝基化修饰[3,10];在noe1水稻植株中,MDH的S-亚硝基化程度也增加[9].NO供体可抑制MDH的活性[11].这表明:NO导致MDH发生S-亚硝基化,从而抑制MDH的活性.由此可见,三羧酸循环相关酶的S-亚硝基化可能影响相关反应中间物的生成,从而调控能量代谢以应答逆境.3 S-亚硝基化影响氧化磷酸化过程植物细胞代谢时所脱下来的氢可由线粒体呼吸链传递并释放能量,同时偶联驱动ATP合成酶生成ATP,为植物生长发育提供能量.线粒体氧化呼吸链中的铁硫蛋白和NAD(P)H泛醌氧化还原酶分别在水稻noe1突变体和干旱处理4 d的小麦中发生S-亚硝基化修饰.在用物质的量浓度为1 mmol·L-1的GSNO处理后的拟南芥叶片[3]和低温处理4 h的拟南芥幼苗中[12],线粒体ATP合成酶α亚基的S-亚硝基化程度增加;在干旱处理4 d的小麦植株[7]和低温处理4 h的拟南芥幼苗中[12],ATP合成酶β亚基的亚硝基化水平也上升.此外,植物线粒体ATP合成酶α和β亚基在硫氧还蛋白(Trx)互作蛋白质组学研究中都被鉴定为Trx靶蛋白[15].这表明:线粒体ATP合成酶的功能受其亚基的氧化还原状态调节.4 S-亚硝基化调控ROS稳态植物线粒体中的锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)、抗坏血酸-谷胱甘肽循环酶和Trx/过氧化物氧化还原酶(Prx)系统相关酶等对于维持ROS稳态具有重要作用.SOD是植物细胞抗氧化系统的第一道防线,可催化超氧阴离子自由基(O2•-)歧化生成过氧化氢(H2O2),从而有效降低细胞内O2•-过量积累所造成的伤害.Mn-SOD是一种活性中心含锰金属辅基的SOD,在保护线粒体免受O2•-损伤的过程中发挥重要作用.在经NO供体硝普钠(SNP)预处理后再经物质的量浓度为150 mmol·L-1 的NaCl 处理16 d的酸橙叶片中,Mn-SOD的亚硝基化水平增加[16].Prx是一种巯基依赖性非血红素过氧化物酶,可解毒多种不同类型的过氧化物(如H2O2),对线粒体内的氧化还原平衡稳态起重要作用.研究发现:在用物质的量浓度为250 mmol·L-1的GSNO处理后的拟南芥悬浮培养细胞中,线粒体Prx IIF发生S-亚硝基化修饰[10].与此类似,在丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae pv. tomato,PST)侵染拟南芥时,叶绿体Prx IIE的S-亚硝基化水平上升[13].此外,Prx IIE具有ONOO-还原酶活性,其Cys121的体外S-亚硝基化可导致该酶活性丧失.Prx IIE的S-亚硝基化可导致蛋白质酪氨酸硝化的增加,这表明Prx IIE在控制植物ONOO-内源水平的过程中发挥着关键作用[17].5 S-亚硝基化调控蛋白质加工与周转维持蛋白质的正确构象,防止错误折叠蛋白质的聚集,对于植物在逆境胁迫条件下的存活至关重要.分子伴侣(Cpn)和热激蛋白(Hsp)有利于稳定蛋白质和细胞膜系统,促进蛋白质的重新折叠,并防止蛋白质的聚集[18].蛋白质组学研究发现多种Cpn和Hsp的S-亚硝基化水平在胁迫条件下发生变化.在经物质的量浓度为250 mmol·L-1的GSNO处理后的拟南芥悬浮培养细胞中,Cpn10和Hsp60发生S-亚硝基化修饰[10].此外,在GSNO处理的落地生根(Kalanchoe pinnata)叶片中,Hsp90的亚硝基化水平增加[5].这表明S-亚硝基化可能通过调节Cpn和Hsp的结构与功能应答逆境胁迫.6 S-亚硝基化影响多种物质代谢植物线粒体的谷氨酸脱氢酶(GDH)催化α-酮戊二酸与NH4+合成谷氨酸,这是除谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶循环途径之外的另一种NH4+同化途径.植物逆境应答与衰老过程中,体内容易积累过量的NH4+,GDH可在缓解植物NH4+中毒过程中发挥作用.在用物质的量浓度为250 mmol·L-1的GSNO处理后的拟南芥悬浮培养细胞中,GDH2的S-亚硝基化水平增加[10].此外,在Pst侵染24 h的耐性基因型(PtoR)番茄(Solanum lycopersicum)中,GDH的氧化水平升高[19].GDH也被鉴定为Trx和谷氧还蛋白(Grx)靶蛋白[15,20].这些意味着NO可能通过调控GDH的氧化还原状态,调控细胞内的NH4+稳态.3-异丙基苹果酸脱水酶(IPMDH)可催化亮氨酸生物合成中的氧化脱羧步骤和硫代葡萄糖苷的甲硫氨酸链延长.水稻noe1突变体中IPMDH2的S-亚硝基化程度增加.IPMDH已被报道为氧化还原调节酶,番茄抗性品种和油菜保卫细胞中的IPMDH1,以及拟南芥悬浮培养细胞中的IPMDH2在应答Pst、茉莉酸甲酯和H2O2处理时氧化水平分别上升[19,21].油菜和拟南芥中IPMDH1的活性受氧化剂(如H2O2和CuCl2)和还原剂(如二硫苏糖醇(DTT)和Trx m)的调节,且还原型IPMDH1的活性更高[21].这表明:IPMDH的功能可能受氧化还原系统的调节.二氢硫辛酰胺脱氢酶(DLDH)属于黄素蛋白氧化还原家族,是组成线粒体基质中的丙酮酸脱氢酶复合体、支链氨基酸-脱氢酶复合物,以及GDC的必需组成成分.研究发现:在GSNO处理的拟南芥[3]和马铃薯(Solanum tuberosum)叶片中[8],以及应答NaCl胁迫的拟南芥悬浮培养细胞[6]和低温处理的拟南芥幼苗中[12],DLDH1和DLDH2的S-亚硝基化水平均上升.这表明NO通过调节DLDH的S-亚硝基化水平影响其功能.胱硫醚β-合酶(CBS)参与转硫代谢,可催化丝氨酸和同型半胱氨酸合成胱硫醚.在用物质的量浓度为250 mmol·L-1的GSNO处理后的拟南芥悬浮培养细胞中,CBS发生S-亚硝基化修饰[10].这表明NO可通过调节代谢过程关键酶的S-亚硝基化水平,从而影响代谢物的生物合成过程.7 结语蛋白质S-亚硝基化修饰在植物线粒体中发挥了重要作用.蛋白质组学研究发现了植物线粒体中多种S-亚硝基化蛋白,它们参与线粒体中光呼吸、三羧酸循环、氧化磷酸化、ROS稳态、蛋白质加工与周转,以及物质代谢等过程(图1).这表明NO可通过调节蛋白质的S-亚硝基化水平调控多种信号与代谢途径.今后,随着蛋白质S-亚硝基化鉴定技术的发展,可以开展S-亚硝基化蛋白的定量分析,为理解植物体内NO 调控网络提供更有价值的信息.参考文献:【相关文献】[1] ASTIER J,KULIK A,KOEN E,et al.Protein 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植物线粒体蛋白质组的研究进展

植物线粒体蛋白质组的研究进展

30 0 不 同的基 因产物 ,而 目前 已鉴 定约 40 0 种 0 多种 线 粒体 蛋 白质 ,主要 包 括 :呼 吸作用 复合 体 、超级 复 合体 亚基 、磷 酸化 蛋 白和 氧化 蛋 白 ,还 发现 一 系 列 新 的线粒 体 蛋 白质 ,并探 明线 粒体 的一 些新 功 能
素和辅因子的合成 , 参与光呼吸途径以及介导大范
育变化及环境胁迫后的信息传递 ,而线粒体主要通 过信号级联反应进行感知 ,而分析这些过程 的关键
是 明确 线粒 体 中有关 参与 这些 功能 的所 有蛋 白质 元
1 植 物线粒体 的功 能
道进 出线粒体 ,而这 些小 分子 物质 是 呼吸作 用 的燃
知功能的蛋 白质都不 同。而且在一些研究 中,还发
现 一些 未知 蛋 白质 ,这些 蛋 白质 是蛋 白质 复合 体 的
主要 组 成部 分 ,因此 对线 粒体 蛋 白质 还需 进行 深入
研究。
料及 细胞 生 物合 成 的产物 ,可 以协 调 细胞分 裂 ,发
Ke o d : t c o d i; r to ; rg e s y w r s mi h n r p oe me po r s o a

般 来说 ,植 物线 粒 体蛋 白质 组包 含有 20 0 0 ~
化作用及通过呼吸 电子传递链将 电子传递给 0 并
伴 随 A P合 成 。而 线 粒 体 也 有 许 多重 要 的 其 他 功 T 能 ,如 :核 甘酸 的合成 ,氨基 酸和 脂质 代谢 ,维 生
围的细 胞生 物合 成 和有机 酸 的输 出 。为了实 现这 些
及代谢的机制。例如 :在拟南芥(rb os ) Aai pi 线粒体 d s
中 ,发 现 7 多种 已被 鉴 定 的蛋 白质 与 任 何 一种 已 O

线粒体未折叠蛋白反应的研究进展_李帅峰_胡林_汪加兴_张淑君

线粒体未折叠蛋白反应的研究进展_李帅峰_胡林_汪加兴_张淑君

2 哺 乳 动 物 细 胞 中 的 未 折 叠 蛋 白 反 应
2002年 Zhao等[2]通过超表达 线 粒 体 基 质 定 位 的末端错误折叠的鸟苷酸转氨甲酰酶证明了线粒体 未折叠蛋白反应的 存 在,未 折 叠 蛋 白 在 线 粒 体 基 质 中的积 累 导 致 了 线 粒 体 分 子 伴 侣 热 休 克 蛋 白 10 (HSP10)、热 休 克 蛋 白 60(HSP60)、mtDnaJ 和 线 粒体 蛋 白 酶ClpP 基 因 的 高 表 达,但 却 不 影 响 细 胞 质和内质网分子伴侣的表达。生物信息学分析发现 这 些 基 因 启 动 子 区 含 有 一 个 转 录 因 子 CHOP、 C/EBP结合的结构 域。CHOP、C/EBP 的 启 动 子 区 含有 一 个 激 活 蛋 白 (activator protein 1,AP1)结 合 位点,该结合 位 点 对 CHOP、C/EBP 在 线 粒 体 未 折
存活具有重要作用。不同的细胞器有各自的信号通 路 调 控 蛋 白 质 稳 态,如 内 质 网 未 折 叠 蛋 白 反 应 (UPRER)、线 粒 体 未 折 叠 蛋 白 反 应 (UPRmt)。 线 粒 体未折叠蛋白反应 是 在 应 激 条 件 下,线 粒 体 基 质 积 累后产生大量未折 叠 或 错 误 折 叠 的 蛋 白 质,导 致 核 基因编码的线粒体分子伴侣蛋白 HSP60、HSP70等 表达量上调,帮助发 生 错 误 折 叠 的 蛋 白 恢 复 正 常 蛋 白构象及协助新合成的蛋白发生正确折叠的线粒体 至核的信号传导过程 。 [2]
位于细胞质中且 Rtg3p 处 于 高 度 磷 酸 化 而 失 活;而 当 ETC 存在 缺 陷,线 粒 体 处 于 应 激 状 态 下,Rtg3p 磷酸化程 度 降 低,并 与 Rtg1p 一 起 转 移 至 核,发 挥 其转录调 控 活 性[4]。Rtg2p 含 有 一 个 N 端 ATP 结 合结构域,该结构 域 对 于 Rtg2p 功 能 的 发 挥 具 有 重 要作 用。 现 有 研 究 结 果 表 明 Rtg2p 作 为 Rtg1p、 Rtg3p的上游调 控 基 因,能 感 知 线 粒 体 内 膜 电 势 的 变化,进而触发 Rtg1p和 Rtg3p 的 核 转 位 及 其 功 能 的发挥,但 Rtg2p具 体 的 调 控 机 制 尚 不 清 楚 。 [5] 逆 行反应能诱导大量 与 代 谢 相 关 基 因 的 表 达,但 却 对

鱼类线粒体DNA研究新进展

鱼类线粒体DNA研究新进展

鱼类线粒体DNA研究新进展一、本文概述线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)作为生物体内的一种重要遗传物质,近年来在鱼类研究中逐渐展现出其独特的价值和潜力。

鱼类线粒体DNA研究新进展不仅深化了我们对鱼类遗传多样性的理解,还为鱼类遗传育种、系统发生、种群遗传结构分析等领域提供了有力的工具。

本文旨在综述近年来鱼类线粒体DNA研究的新进展,探讨其在鱼类生物学中的应用前景,以期为鱼类遗传资源保护和可持续利用提供理论支持和实践指导。

本文将首先回顾线粒体DNA的基本结构和特点,然后重点介绍鱼类线粒体DNA的提取方法、测序技术及其在鱼类遗传多样性、系统发生和种群遗传结构分析中的应用。

还将讨论鱼类线粒体DNA在遗传育种和遗传资源保护中的潜在应用价值,并展望未来的研究方向和挑战。

通过本文的综述,希望能够为从事鱼类线粒体DNA研究的学者提供有益的参考和启示,共同推动鱼类线粒体DNA研究的深入发展。

二、鱼类线粒体DNA的结构与功能鱼类线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)是一种双链、闭合环状的分子,通常大小为16-20千碱基对(kb),是细胞器中唯一的DNA分子。

鱼类mtDNA的结构主要包括重链(H链)和轻链(L链),其中H链编码了大部分基因,而L链则编码了剩余的少数基因。

这些基因主要编码线粒体氧化磷酸化系统的13个蛋白质亚基,以及2个rRNA和22个tRNA,这些成分共同构成了线粒体的核糖核蛋白体,负责线粒体内蛋白质的合成。

鱼类线粒体DNA的功能主要体现在以下几个方面:mtDNA是鱼类线粒体遗传信息的载体,通过母系遗传的方式传递给后代,因此,在鱼类遗传学和进化生物学研究中,mtDNA被广泛应用为分子标记。

mtDNA编码的蛋白质是线粒体氧化磷酸化系统的重要组成部分,这些蛋白质参与线粒体的能量代谢过程,对鱼类的生命活动起着至关重要的作用。

mtDNA的突变和变异也被广泛用于鱼类种群遗传结构、遗传多样性和系统发育等研究。

线粒体调控细胞凋亡的研究进展

线粒体调控细胞凋亡的研究进展

结论
总的来说,线粒体与细胞凋亡调控之间的关系是一个复杂而有趣的领域。研 究表明,线粒体在细胞凋亡调控中起着关键作用,但具体机制还需要进一步的研 究和探讨。随着对线粒体与细胞凋亡调控关系的深入了解,我们有望发现新的治 疗策略和方法,以应对某些因细胞凋亡异常而引起的疾病。
感谢观看
总结来说,线粒体是调控细胞凋亡的关键器官之一。对于它的深入研究和理 解将有助于我们在未来更好地控制和治疗各种疾病,包括癌症、神经退行性疾病 以及许多其他涉及细胞凋亡的疾病。
参考内容
引言
线粒体和细胞凋亡是细胞生物学中的重要概念。线粒体是细胞中的能量工厂, 负责合成和供应ATP,而细胞凋亡是一种由基因控制的细胞程序性死亡过程。在 过去的几十年中,研究表明线粒体与细胞凋亡之间存在密切的调控关系。本次演 示将探讨线粒体与细胞凋亡调控之间的,以及目前的研究现状和未来的研究方向。
四、未来展望
尽管我们对线粒体调控细胞凋亡有了深入的理解,但仍有许多问题需要进一 步研究。例如,我们对于许多Bcl-2蛋白家族成员的功能和相互作用机制仍不清 楚。此外,尽管我们已经知道MPT在细胞凋亡中的重要性,但对于如何调节MPT以 及它与其他凋亡信号传导通路的相互作用仍需进一步探索。这些问题的解决将有 助于我们更好地理解线粒体在细胞生物学中的作用,并为开发新的治疗方法提供 线索。
二、线粒体调控细胞凋亡的机制
线粒体调控细胞凋亡的主要机制包括Bcl-2蛋白家族的调控和线粒体通透性 转换(MPT)。Bcl-2蛋白家族是一组在线粒体外膜上表达的蛋白质,它们通过调 节膜通透性来控制细胞凋亡。其中,Bcl-2可以抑制细胞凋亡,而Bax、Bak和Bid 等促凋亡蛋白则可以促进细胞凋亡。当这些促凋亡蛋白被激活时,线粒体的膜通 透性会发生变化,导致Cytochrome c等凋亡相关分子释放到细胞质中。

植物线粒体蛋白质组与细胞质雄性不育研究进展

植物线粒体蛋白质组与细胞质雄性不育研究进展

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G oB oin C e iga g LuB oh n u aj h nB n tn i a se ’ a
a r t i swo l e i a o f x l r g t e e s n e f l o e u d b fv ro p o i s e c so S I i a e e iwe c u i g t e o e v e p n n e n h CM . n t sp p r h we r v e d i l d v r i w n n h o l t t c o d i l r to e a d CM S t e s u t r n i lg c l u ci n o e tti o e t e r p a e e f a o h n ra o e m pn m i p n , t c u e a d b o o i a n t f n arc p p d e e t n s h r f o p i g n i e u a o s o CM — s o it d g n . a d t err g lt n S a s c a e e e h i t

opa1 代谢组学

opa1 代谢组学

opa1 代谢组学OPA1代谢组学引言OPA1(Optic Atrophy 1)是一种负责线粒体融合的蛋白质,其突变会导致线粒体功能丧失和细胞凋亡,进而引发多种疾病。

近年来,随着代谢组学技术的发展,研究者们开始利用代谢组学方法来探索OPA1的功能和调控机制,以期从代谢角度揭示其与疾病的关联。

本文将就OPA1代谢组学研究的进展进行综述。

OPA1代谢组学技术代谢组学是一种研究生物体在特定条件下代谢产物的全面分析方法。

在OPA1代谢组学研究中,研究者们采用质谱和核磁共振等技术,分析OPA1突变体和野生型样本的代谢产物差异,以发现与OPA1功能和调控相关的代谢通路和关键分子。

OPA1代谢组学的应用OPA1突变与多种疾病的发生发展密切相关,如遗传性视神经病变等。

通过代谢组学研究,研究者们发现OPA1突变会导致线粒体能量代谢异常,包括氨基酸代谢、脂质代谢和糖代谢等。

此外,OPA1突变还与氧化应激和线粒体DNA损伤等生物学过程相关。

这些研究揭示了OPA1突变对细胞代谢的影响,为揭示其与疾病的关联提供了重要线索。

OPA1代谢组学研究的进展近年来,研究者们在OPA1代谢组学研究中取得了一系列重要进展。

首先,他们发现OPA1突变会导致线粒体膜电位下降和ATP合成减少,从而影响细胞能量代谢。

其次,他们发现OPA1突变会导致氨基酸代谢紊乱,特别是谷氨酸代谢异常。

此外,研究者们还揭示了OPA1突变与脂质代谢异常的关联,包括甘油磷脂和胆固醇代谢紊乱。

最后,他们还发现OPA1突变会导致糖代谢异常,包括葡萄糖、乳酸和丙酮酸等代谢物的积累。

OPA1代谢组学的意义和展望OPA1代谢组学研究为我们深入了解OPA1功能和调控的分子机制提供了重要线索。

通过揭示OPA1突变对细胞代谢的影响,我们可以进一步理解OPA1与疾病的关联,并探索新的治疗策略。

未来,我们可以进一步整合代谢组学与其他组学技术,如基因组学和蛋白质组学,以全面解析OPA1的功能和调控网络,为相关疾病的诊断和治疗提供新的思路。

线粒体蛋白质组学的研究进展

线粒体蛋白质组学的研究进展

线粒体蛋白质组学的研究进展【摘要】线粒体是真核细胞重要的细胞器,随着蛋白质组技术的进展和完善,一些新方式也被应用于线粒体蛋白质的研究,线粒体蛋白质组研究尽管已取得了一些功效,但线粒体蛋白质组数据库中的数据仍较匮乏,而且还有一些问题亟待解决和改善。

【关键词】线粒体;蛋白质组学人类体细胞中除红细胞,其他所有细胞均含有线粒体。

线粒体是真核细胞重要的细胞器,它不仅是机体的能量代谢中心,而且还参与多种重要的细胞病理进程。

线粒体拥有自己的DNA(mtDNA),能够进行转录、翻译蛋白质合成。

线粒体含有500~2 000种蛋白质,约占整个细胞蛋白质种类的5%~10%。

线粒体的蛋白质参与机体许多生理、病理进程,如参与电子传递和ATP合成、三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基酸降解等进程。

线粒体蛋白质结构与功能的改变与人类许多疾病相关,如退行性疾病、心脏病、衰老和癌症。

运用蛋白质组研究技术,从整体上研究这些蛋白质在生理及病理状态下的转变趋势及彼此关系,能够为线粒体作用机制的探讨提供新的有力的支持。

1 线粒体的超微结构和功能线粒体是机体细胞中重要的亚细胞器,它具有独特的超微结构和多种重要的生物学功能。

线粒体由两层膜包被,外膜滑腻,内膜向内折叠形成嵴,两层膜之间有腔,线粒体中央是基质。

基质内含有与三羧酸循环所需的全数酶类,内膜上具有呼吸链酶系及ATP酶复合体。

线粒体是细胞内氧化磷酸化和形成ATP的要紧场所,有细胞“动力工厂”之称。

线粒体合成的ATP供给几乎所有的细胞生理进程:从骨骼肌和心肌的收缩,到细胞膜跨膜离子梯度的维持、乃至激素和神经递质的分泌等。

另外,线粒体有自身的DNA和遗传体系,但线粒体基因组的基因数量有限,因此,线粒体只是一种半自主性的细胞器。

线粒体的要紧化学成份是蛋白质和脂类,其中蛋白质占线粒体干重的65%~70%,脂类占25%~30%。

在肝细胞线粒体中外膜、内膜、膜间隙和基质四个功能区,各蛋白质的含量依次为:基质67%,内膜21%,外膜8%,膜间隙4%。

蛋白质组学的研究方法和进展

蛋白质组学的研究方法和进展

2021/10/6
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样品预分级的主要依据
蛋白质溶解性:可溶性蛋白、非溶性蛋白等 蛋白质定位:膜蛋白、核蛋白等 蛋白质细胞器定位:线粒体、高尔基体、叶
绿体等
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组织水平蛋白质组样品制备
原因:临床样本都是各种细胞或组织混杂, 而且状态不一,如肿瘤中癌变的上皮类细胞 总是与血管、基质细胞等混杂。
2021/10/6
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科技部已将疾病蛋白质组研究列入我 国“973”计划项目和“863”计划项目; 国家自然科学基金委员会也将“蛋白质 组研究”列为重点项目。
我国在鼻咽癌、白血病、肝癌和肺癌 蛋白质组研究方面取得了较大进展。
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第二节 蛋白质组学研究方法概述
2021/10/6
H3 High-grade
Apoliprotein A-I (H4) H4 H4
40 Low-grade
40 High-grade
Peroxiredoxin 6 (H5)
13 48
H5 Low-grade
13 48
H5 High-grade
33
二维电泳优点
可分离10~100 kD 范围内蛋白质 高灵敏度和高分辨率 便于计算机进行图像分析处理 与质谱分析匹配
克服了载体两性电解质阴极漂移等缺点。 可以精确设定pH梯度。
尤其可在较窄的pH范围内进行第二轮分析, 大大提高了分辨率及重复性。
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第二向SDS-PAGE电泳
双向凝胶垂直电泳 双向电泳后的凝胶经染色后蛋白呈现二
维分布图:水平方向反映出蛋白在pI上的 差异,垂直方向反映分子量上的差别。
2021/10/6

PHB2(Prohibitin 2)在线粒体中的研究进展

PHB2(Prohibitin 2)在线粒体中的研究进展

PHB2(Prohibitin 2)在线粒体中的研究进展董艳博;冯红【摘要】PHB2是真核细胞的一种在进化过程中高度保守的蛋白质,参与细胞的多种生命活动.有研究表明PHB2参与细胞周期的调节、转录调节、细胞增殖和凋亡、线粒体嵴形态的发生、信号转导等多种细胞过程.它广泛表达,分布于酵母、植物、蠕虫、苍蝇、哺乳动物等物种中,并且PHB2蛋白质是以复合物的形式定位于线粒体上.PHB2主要作为线粒体内膜的自噬受体,参与靶向线粒体的自噬和降解.研究综合了国内外的文献,对PHB2的功能,结构及表达进行阐述,为进一步研究PHB2蛋白质的功能提供了基础.【期刊名称】《天津科技》【年(卷),期】2018(045)001【总页数】4页(P36-39)【关键词】PHB2;线粒体;功能结构【作者】董艳博;冯红【作者单位】天津体育学院健康与运动科学系天津300381;天津体育学院健康与运动科学系天津300381【正文语种】中文【中图分类】Q4130 引言PHB首先作为细胞增殖的抑制剂而被发现,它的结构相当保守且普遍存在[1]。

其广泛分布于哺乳动物、原虫、植物、细菌以及真菌等生物体中。

人类基因组编码两种 PHB蛋白质,即 prohibitin 1(PHB1)和prohibitin 2(PHB2),phb1基因位于染色体17q21上,phb2基因位于染色体 12p13上[2]。

有研究表明,PHB1和PHB2的复合物是维持线粒体的功能所必需的,该复合物组成了一个环状大分子结构,在不同的细胞过程(如细胞周期进程和衰老)以及许多疾病(如肥胖,糖尿病和癌症等)中都发挥着重要作用(见图1)[3]。

1 PHB2的结构PHB2最初是由 Terashima及其同事们发现的,因与大鼠 B淋巴细胞的 IgM 受体(Immunoglobulin M receptor,免疫球蛋白质受体)相互作用而被命名为BAP37[4]。

PHB2蛋白质的氨基端有一段疏水区域,该区域将PHB2固定在膜上;羧基端含有一个保守的PHB结构域和一个可预测的螺旋区域,在酵母细胞中该区域与 PHB蛋白质复合物的合成密切相关[5]。

线粒体蛋白组

线粒体蛋白组

百泰派克生物科技
线粒体蛋白组
线粒体是由双层膜结构包裹的亚细胞器,是细胞进行呼吸作用释放能量的场所,故又被称为细胞的“动力工厂”。

除红细胞外几乎所有细胞都含有线粒体。

线粒体有自己独立的遗传物质和遗传体系,是一种半自主性细胞器。

研究表明线粒体DNA编码的蛋白质大约有500~1500种,分布于线粒体各子区室,如线粒体外膜、内膜、膜间隙和基质。

线粒体蛋白组就是指细胞、组织、器官或机体线粒体中的全部蛋白质,这些蛋白质参与线粒体诸多重要的生理化学反应,如ATP合成、脂肪酸代谢、三羧酸循环等;此外,线粒体蛋白的结构和功能变化也与许多重大疾病密切相关,如心脏病、癌症以及退行性疾病等。

因此,线粒体蛋白质组的研究不仅有助于我们表征线粒体蛋白的种类、结构和功能等,建立线粒体蛋白质组学图谱;此外,研究病理状态下线粒体蛋白的变化趋势以及与正常生理状态下的相互关系,也可为相关疾病的发生和发展机制提供新的线索。

百泰派克生物科技采用Thermo Fisher的Orbitrap Fusion Lumos质谱平台结合nanoLC-MS/MS纳升色谱,提供亚细胞蛋白质组学分析服务技术包裹,包括定性和定量分析膜蛋白质组、线粒体蛋白质组、组蛋白、叶绿体蛋白质组等等。

还可提供定制化的分析服务,满足不同的实验需求,欢迎免费咨询。

线粒体疾病治疗研究进展(完整版)

线粒体疾病治疗研究进展(完整版)

线粒体疾病治疗研究进展(完整版)线粒体是半自主细胞器,通过氧化磷酸化产生ATP。

线粒体氧化呼吸链的缺陷会阻碍能量生成,累及骨骼肌和周围神经,导致运动不耐受、痉挛、持续肌无力、共济失调和周围多发性神经系统疾病等。

线粒体疾病的遗传学非常复杂,有多种不同的遗传机制,包括母系遗传、常染色体隐性遗传、常染色体显性遗传及核基因突变的X 连锁遗传[1 ]。

线粒体疾病的临床和遗传表型呈现出多样性和复杂性的特点,可在任何年龄发病,累及单个或多个系统,也有多种遗传模式,导致线粒体疾病的治疗尤为困难。

由于线粒体疾病涉及不同类型的线粒体功能障碍,因此治疗线粒体疾病的方法也各不相同。

这些方法包括通过卵母细胞纺锤体转移将含有缺陷线粒体的细胞质替换为含有健康线粒体的细胞质;通过将致病性点突变mtDNA转换为正常mtDNA,针对线粒体疾病的根本原因,使用通过抗氧化活性来减少活性氧(reactive oxygen species,ROS)的化合物绕过功能异常的复合体来刺激氧化磷酸化中的电子传递链[2 ]。

1 化学合成物治疗1.1 辅酶Q10目前为止,应用最广泛的化合物是辅酶Q10。

辅酶Q10在细胞中有强大的抗氧化作用,自身生成的辅酶Q10 是线粒体中可扩散的电子载体。

但辅酶Q10在疾病治疗中的成功率有限,美国食品及药物管理局尚未批准辅酶Q10用于疾病治疗[3 ]。

辅酶Q10常被用作营养补充剂治疗线粒体疾病。

基于辅酶Q10 的部分有益作用,研究者正在开发相关的化合物用于治疗。

1.2 核苷酸核苷酸作为能量载体,参与机体代谢,与线粒体的三羧酸循环密切相关,可供多种生化反应利用。

核苷酸作为RNA及DNA的结构单元参与细胞表达,作为能量载体参与细胞代谢,作为多种辅酶的重要组成部分参与代谢反应等。

核苷酸在促进儿童生长发育、提高儿童免疫力及改善肠道菌群环境等方面都有重要作用。

目前用于治疗疾病的核苷酸的种类包括鸟嘌呤核苷酸、尿嘧啶核苷酸、胞嘧啶核苷酸等。

心血管疾病线粒体蛋白质组学研究

心血管疾病线粒体蛋白质组学研究

体 蛋 白质 , 其是 来 自胞浆 和 内质 网蛋 白质 的 污 尤
染较 多 , 多步梯 度 离 心可 以大 大 降低 非 线 粒 体 而
标 志酶 活性 。
能满足需要 ; 白质进入 凝 胶 的能 力存 在差 异 等 。 蛋
但 由于该技术 保证 了不 同样本 在 同等 理化 条 件下
提 取 的线粒体 都需要 进行 纯度 评价 。纯度 评
复 合物 的富集 程度 。。
1 2 主 要 方 法 及 进 展 .
双 向凝胶 电泳技 术 (wodme s n l oy c t —i n i a p la— o
r l nd g l e cr p oei, 2 - AGE ) 由 ya ie e l to h rs r e s DP
中 图分 类号 : 5 1 4 R 4 . 文献 标识 码 : A 文 章编号 :6 36 8 (0 7 0 —1 60 17 —5 3 2 0 ) 30 9 —4 测定 和特异 抗体 检测 。对 于纯化 线粒 体形 态学完
线粒 体是 真 核细 胞 重要 的细 胞 器 , 最 基本 其ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的功能 是 产 生 ATP 同 时涉 及 体 内离子 自稳 、 , 凋
价一般 从 3个方 面进行 : 形态 学观 察 、 异酶 活性 特
作 者 单 位 :0 02 复旦 大 学 附 属 中山 医 院 上 海 市 心 血 管 病 研 2 03
究所
的分离 , 具有可 重复性强 、 高分 辨率等 优 点 , 因此有
利 于不同样 品间 的平行 比较及定量分 析 。
近来 , 一些 技 术 和 方法 被 整 合 到线 粒 体 蛋 白 质 组研究 中 , 以获得 更全 面 的线 粒 体蛋 白质信 息 。

线粒体蛋白质组学研究进展(一)

线粒体蛋白质组学研究进展(一)

线粒体蛋白质组学研究进展(一)【关键词】蛋白质组【关键词】线粒体;蛋白质组0引言线粒体拥有自己的DNA(mtDNA),可以进行转录、翻译和蛋白质合成.根据人类的基因图谱,估计大约有1000~2000种线粒体蛋白,大约有600多种已经被鉴定出来.线粒体蛋白质只有2%是线粒体自己合成的,98%的线粒体蛋白质是由细胞核编码、细胞质核糖体合成后运往线粒体的,线粒体是真核细胞非常重要的细胞器,在细胞的整个生命活动中起着非常关键的作用.线粒体的蛋白质参与机体许多生理、病理过程,如ATP的合成、脂肪酸代谢、三羧酸循环、电子传递和氧化磷酸化过程.线粒体蛋白质结构与功能的改变与人类许多疾病相关,如退行性疾病、心脏病、衰老和癌症.尤其是在神经退行性疾病方面,线粒体蛋白质的研究日益受到关注.蛋白质组研究技术的产生与发展为线粒体蛋白质组的研究提供了有力的支持,使得从整体上研究线粒体蛋白质组在生理、病理过程中的变化成为可能.1线粒体的结构、功能与人类疾病线粒体一般呈粒状或杆状,也可呈环形、哑铃形或其他形状,其主要化学成分是蛋白质和脂类.线粒体由内外两层膜封闭,包括外膜、内膜、膜间隙和基质四个部分.线粒体在细胞内的分布一般是不均匀的,根据细胞代谢的需要,线粒体可在细胞质中运动、变形和分裂增殖.线粒体是细胞进行呼吸的主要场所,在细胞代谢旺盛的需能部位比较集中,其主要功能是进行氧化磷酸化,合成ATP,为细胞生命活动提供直接能量.催化三羧酸循环、氨基酸代谢、脂肪酸分解、电子传递、能量转换、DNA复制和RNA合成等过程所需要的一百多种酶和辅酶都分布在线粒体中.这些酶和辅酶的主要功能是参加三羧酸循环中的氧化反应、电子传递和能量转换.线粒体具有独立的遗传体系,能够进行DNA复制、转录和蛋白质翻译.线粒体不仅为细胞提供能量,而且还与细胞中氧自由基的生成、细胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内离子的跨膜转运及电解质稳态平衡的调控等有关.许多实验证实,线粒体功能改变与细胞凋亡〔1〕、衰老〔2〕、肿瘤〔3,4〕的发生密切相关;另外,有许多人类疾病的发生与线粒体功能缺陷相关,如线粒体肌病和脑肌病、线粒体眼病,老年性痴呆、帕金森病、2型糖尿病、心肌病及衰老等,有人统称为线粒体疾病〔5〕.2线粒体蛋白质组学研究现状2.1线粒体蛋白质组的蛋白质鉴定Rabilloud等〔6〕在1998年,以健康人的胎盘作为组织来源,分离提取线粒体进行蛋白质组研究,试图建立线粒体蛋白质组的数据库,为研究遗传性或获得性线粒体功能障碍时线粒体蛋白质的变化提供依据.他们使用IPG(pH4.0~8.0)双相电泳技术,共获得1500个蛋白点.通过MALDITOFMS和PMF等技术鉴定其中的一些蛋白点,鉴于当时基因组信息的局限性,只有46种蛋白被鉴定出来.随着人类基因组图谱的完成,应该有更多的蛋白点被鉴定出来.Fountoulakis等〔7〕从大鼠的肝脏中分离线粒体,并分别利用宽范围和窄范围pH梯度IPG对线粒体蛋白质进行双相电泳,通过MALDIMS鉴定出192个基因产物,大约70%的基因产物是具有广谱催化能力的酶,其中8个基因产物首次被检测到并且由一个点构成,而大多数蛋白质都是由多个点构成,平均10~15个点对应于一个基因产物.Mootha等〔8〕从小鼠大脑、心脏、肾脏、肝脏中分离提取线粒体蛋白质,进行线粒体蛋白质组研究,他们参照已有的基因信息共鉴定出591个线粒体蛋白质,其中新发现了163个蛋白质与线粒体有关.这些蛋白质的表达与RNA丰度的检测在很大程度上是一致的.不同组织的RNA表达图谱揭示出线粒体基因在功能、调节机制方面形成的网络.对这些蛋白与基因的整合分析使人们对哺乳动物生物起源的认识更加深入,对理解人类疾病也具有参考价值.2.2线粒体亚组分的研究线粒体对维持细胞的体内平衡起着关键作用,因此加速了人们对线粒体亚组分的研究.线粒体内膜不仅包含有呼吸链复合物,它还包含多种离子通道和转运蛋白.对线粒体发挥正常的功能起着重要作用.Cruz等〔9〕专注于线粒体内膜蛋白质的研究,他们通过二维液相色谱串联质谱技术鉴定出182个蛋白质,pI(3.9~12.5),MW (Mr6000~527000),这些蛋白与许多生化过程相关,比如电子传递、蛋白质运输、蛋白质合成、脂类代谢和离子运输.2.3线粒体蛋白质复合物的研究线粒体内膜上嵌有很多蛋白质复合物,对于线粒体的功能具有重要作用,应用常规的双相电泳很难将这些蛋白质复合物完整地分离出来.Devreese等〔10〕采用Bluenativepolyacrylamidegelelectrophoresis(BNPAGE)分离线粒体内膜上的五个氧化磷酸化复合物,结合肽质量指纹图谱,成功地鉴定出氧化磷酸化复合物中60%的已知蛋白质.BNPAGE在分离蛋白质复合物时可以保持它们的完整性,因此这项技术可以用于研究在不同的生理病理状态下蛋白质复合物的变化及临床诊断等.2.4线粒体蛋白质组数据库目前人们查询最多的线粒体蛋白质组数据库有MITOP,MitoP2和SWISSPROT三种.MITOP〔11〕是有关线粒体、核编码的基因和相应的线粒体蛋白质的综合性数据库,收录了1150种线粒体相关的基因和对应的蛋白质,人们可依据基因、蛋白质、同源性、通道与代谢、人类疾病分类查询相关的信息.MitoP2〔12〕数据库中主要为核编码的线粒体蛋白质组的数据,MitoP2数据库将不同来源的线粒体蛋白质的信息整合在一起,人们可以根据不同的参数进行查询.MitoP2数据库既包括最新的数据也包括最初的MITOP〔11〕数据库中的数据.目前数据库中主要为酵母和人的线粒体蛋白质组的数据,以后还将收录小鼠、线虫等的数据.数据库旨在为人们提供线粒体蛋白质的综合性数据.SWISSPROT数据库包含269种人类线粒体蛋白质,其中与人类疾病相关的蛋白质有225种.数据库中有相当一部分蛋白质没有明确的定位和功能信息的描述.随着线粒体研究热潮到来和蛋白质组学技术的发展,将有更多的数据被填充到数据库中.3线粒体蛋白质组研究中存在的问题3.1线粒体碱性蛋白质与低分子量蛋白质线粒体蛋白质中,具有碱性等电点的蛋白质占有很大比例,在等电聚焦时难以溶解,一些碱性程度很大的蛋白质如细胞色素C(pH10.3)在pH3~10的IPG胶上不能被分离出.线粒体蛋白质中相当一部分蛋白是低分子量蛋白,因此在SDSPAGE电泳时要分别应用高浓度和低浓度分离胶,以更好地分离低分子量蛋白质和高分子量蛋白质.3.2线粒体膜蛋白质线粒体是一个具有双层膜结构的细胞器,内膜和外膜上整和有很多膜蛋白质,这些膜蛋白质对于线粒体功能的发挥具有重要作用,但是膜蛋白质具有很强的疏水性,在等电聚焦时,用常规的水化液难以溶解,因此用常规的IPG胶检测不出来.换用不同的裂解液对膜蛋白的溶解具有帮助.有研究人员在等电聚焦缓冲液中加入SB310以增加膜蛋白的溶解性.在等电聚焦前对样品进行有机酸处理也可以增加膜蛋白的溶解性.在研究中人们发现,不同的样品应该选用不同的裂解液,没有一种裂解液能够适合于所有的膜蛋白质.。

线粒体功能与衰老机制的研究进展

线粒体功能与衰老机制的研究进展

线粒体功能与衰老机制的研究进展随着人口老龄化的加剧,衰老相关的研究日益受到关注。

在众多与衰老相关的因素中,线粒体的功能变化被认为是一个关键环节。

线粒体作为细胞内的“能量工厂”,其功能的正常与否对于细胞的生存和机体的健康有着至关重要的影响。

近年来,关于线粒体功能与衰老机制的研究取得了许多新的进展,为我们理解衰老的本质和开发延缓衰老的策略提供了重要的理论基础。

线粒体是一种双层膜结构的细胞器,由外膜、内膜、膜间隙和基质四个部分组成。

其主要功能是通过氧化磷酸化过程产生三磷酸腺苷(ATP),为细胞的各种生命活动提供能量。

此外,线粒体还参与细胞内的钙离子稳态调节、活性氧(ROS)的产生和代谢、细胞凋亡的调控等重要生理过程。

在衰老过程中,线粒体的功能会发生一系列的变化。

首先,线粒体的能量产生效率会逐渐下降。

这主要是由于线粒体电子传递链(ETC)的功能障碍导致的。

ETC 是一系列位于线粒体内膜上的蛋白质复合物,它们协同作用将电子从还原型辅酶传递给氧气,同时将质子从线粒体基质侧(negative side,N 侧)泵到膜间隙侧(positive side,P 侧),形成跨线粒体内膜的质子电化学梯度,驱动质子回流释放能量来产生ATP。

随着年龄的增长,ETC 中的蛋白质会发生损伤和修饰,导致电子传递效率降低,质子泵功能减弱,从而影响 ATP 的合成。

其次,衰老过程中线粒体会产生更多的活性氧。

在正常生理条件下,线粒体在进行氧化磷酸化过程中会不可避免地产生少量的活性氧,如超氧阴离子、过氧化氢等。

这些活性氧在一定浓度范围内可以作为细胞内的信号分子,参与细胞的应激反应和生理调节。

然而,当线粒体功能受损时,活性氧的产生会显著增加,超过细胞内抗氧化防御系统的清除能力,导致氧化应激的发生。

过多的活性氧会损伤线粒体 DNA (mtDNA)、蛋白质和脂质,进一步加剧线粒体功能障碍,形成一个恶性循环。

mtDNA 的损伤和突变也是衰老过程中线粒体功能下降的一个重要原因。

蛋白质组学及其研究进展

蛋白质组学及其研究进展

正在丹麦进行的一项研究计划分别作出野生型 和将基因系统缺失的缺陷型酵母的双向蛋白质图谱. 初步的研究表明,缺失单一基因将导致的结果并不 只是缺乏此基因编码的蛋白质,而是能导致其他一 系列蛋白质量的改变.一些蛋白质减少而另一些蛋 白质增多,当然还有一些蛋白质被加工修饰而导致 性状改变.单一基因缺失的结果总是引起蛋白质组 全局性的变化.大约20%的酵母基因缺失是致死性的, 另外80%则不然,这时机体能通过调节蛋白质的表达 来对抗这种内源性的变化.这种基 因缺失的研究可 能会告诉我们一些关于细胞内蛋白质分子间相互 “对话”和“作用”的重要信息,如蛋白质间的物 理联系(这些蛋白质可能会组成蛋白质复合物)、信 号传递途径,以帮助我们了解细胞是如何构成的以 及是如何协同工作的。
蛋白质组学及其研究进展
• 蛋白质组学的含义
• 蛋白质组学研究的内容
• 蛋白质组学研究的手段
• 蛋白质组信息学 • 差异蛋白质组学 • 蛋白质组研究意义及前景
讲授内容
一、蛋白质组学及其研究进展(晏本菊) 二、核酶、抗体酶(陈惠)
三、蛋白质定向进化—DNA Shuffling 技术(陈惠)
四、细胞信号传导、肽核酸(杨婉身)
基因组计划无疑为医疗、医药领域带来一场革 命,但也应该看到,单纯的遗传分析很难诊断多因 素的疾病.复杂的基因间相互作用,细胞内活动和 环境的影响都会影响基因的表达及蛋白质的翻译 后加工.因此,可靠的诊断和治疗应基于机体渐进 发展过程的调控及失调,并且必须考虑到环境因素 的影响.蛋白质组的研究正是探索这一领域的有力 武器.人们不难预期,基因组计划的不断推进会给 蛋白质组研究提供更多更全的数据库;生物信息学 的发展会给蛋白质组计划提供更方便有效的计算 机分析软件;国际互联网会使各国各领域科学家有 关蛋白质组研究的成果出现新的集成;新的技术会 不断涌现,蛋白质组研究方法会象PCR技术一样 易于操作,并渗透到人类活动的方方面面,对工业、 农业、医疗卫生各行各业带来新的革命

线粒体呼吸链超级复合物研究进展

线粒体呼吸链超级复合物研究进展

线粒体呼吸链超级复合物研究进展1. 线粒体呼吸链超级复合物的定义与结构MRCSC)是线粒体内进行能量产生的关键生物合成途径。

它由一系列蛋白质复合物组成,包括复合物I、复合物II和复合物III。

这些复合物在细胞内协同作用,将电子传递给氧气分子,从而实现氧化磷酸化过程,产生ATP。

MRCSC的研究对于理解线粒体生物学、代谢调控以及疾病发生机制具有重要意义。

复合物I(Complex I)是MRCSC的第一阶段,主要负责电子传递。

它由酮戊二酸脱羧酶(ketoglutarated enzyme,ALDH)、辅酶Q还原酶(coenzyme Q reductase,CoQR)、黄素蛋白(flavin protein,FMN)和细胞色素c氧化酶系统(cytochrome c oxidase system,COX)等蛋白质组成。

复合物I在线粒体内膜上形成一个环形通道,将电子从NADH 或FADH2传递给氧分子。

复合物II(Complex II)是MRCSC的第二阶段,主要负责电子传递的稳定性维持。

它由细胞色素c氧化酶(cytochrome coxidase,COXII)、细胞色素c氧化酶还原酶(cytochrome c oxidase reductase。

COXIII)等蛋白质组成。

复合物II通过调节氧化还原电位和膜通透性,维持复合物I中电子传递的稳定性。

复合物III(Complex III)是MRCSC的第三阶段,主要负责电子传递的最终释放。

它由细胞色素c氧化酶还原酶复合物(COXIII)、细胞色素c氧化酶还原酶复合物II和细胞色素c氧化酶还原酶复合物IV等蛋白质组成。

复合物III在线粒体内膜上形成一个通道,将经过复合物II稳定后的电子释放到线粒体外膜上,参与质子泵和ATP 合成酶等其他生物合成途径。

研究人员对MRCSC的结构和功能进行了深入研究,揭示了其在能量代谢中的关键作用。

通过对线粒体基因组的测序分析,发现了许多与MRCSC相关的基因和调控因子,为进一步理解MRCSC的功能提供了重要的基础数据。

线粒体蛋白定位的机制研究

线粒体蛋白定位的机制研究

线粒体蛋白定位的机制研究线粒体是细胞中的重要质量和能量产生中心,其中的蛋白质定位过程对于细胞功能的正常发挥起着至关重要的作用。

线粒体蛋白定位机制的研究是近年来生命科学领域的热点之一。

本文将全面介绍线粒体蛋白定位的机制研究,通过简洁明了的语言和生动的插图,使读者深入了解该领域的最新进展和潜在研究方向。

首先,线粒体蛋白定位的机制主要包括两个方面:前向传递和后向传递。

前向传递是指通过线粒体蛋白转运通道,将新合成的蛋白运送到正常的线粒体结构。

后向传递则是发生在线粒体内部,将一些已经在线粒体内部合成的蛋白分配到不同的亚细胞结构中。

在前向传递的机制中,目前已知的最重要的信号导向序列是线粒体定位肽(mitochondrial targeting peptide,MTP),它通常位于线粒体蛋白的N端。

MTP的序列特征包括正电荷密集区域和氨基酸依赖的线粒体蛋白酶切位点。

MTP能够与线粒体蛋白转运通道中的蛋白质相互作用,通过受体介导的机制将蛋白导入线粒体内。

除了MTP,最近的研究还发现了其他一些信号序列,例如线粒体定位区域(mitochondrial localization signal,MLS)和内外共定位信号(dual-targeting signal),它们在特定情况下可以代替MTP发挥定位功能。

这些新的信号序列的发现为线粒体蛋白定位机制的深入研究提供了新的思路和方向。

后向传递机制主要涉及线粒体膜蛋白和线粒体内直接受到维持机制的蛋白转运。

线粒体膜蛋白会通过内膜通道和内膜槽道等转运通道,将一些已合成的蛋白从线粒体内部转运到亚细胞结构中。

维持机制中的促进因素主要包括维生素和矿物质等微量元素,它们能够调节线粒体蛋白转运的速率和效率。

为了更好地理解线粒体蛋白定位机制,研究人员还发现了许多相关的定位蛋白和调控分子。

这些蛋白质负责线粒体膜蛋白和线粒体内蛋白的反向转运、折叠和修饰等过程。

其中,线粒体蛋白转运通道中的蛋白质主要包括TOM和TIM复合物,它们负责线粒体蛋白的转运和定位。

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线粒体蛋白质组学的研究进展(一)
【摘要】线粒体是真核细胞重要的细胞器,随着蛋白质组技术的发展和完善,一些新方法也被应用于线粒体蛋白质的研究,线粒体蛋白质组研究虽然已取得了一些成果,但线粒体蛋白质组数据库中的数据仍较匮乏,并且还有一些问题亟待解决和改善。

【关键词】线粒体;蛋白质组学
人类体细胞中除了红细胞,其他所有细胞均含有线粒体。

线粒体是真核细胞重要的细胞器,它不仅是机体的能量代谢中心,而且还参与多种重要的细胞病理过程。

线粒体拥有自己的DNA(mtDNA),可以进行转录、翻译蛋白质合成。

线粒体含有500~2000种蛋白质,约占整个细胞蛋白质种类的5%~10%。

线粒体的蛋白质参与机体许多生理、病理过程,如参与电子传递和ATP合成、三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基酸降解等过程。

线粒体蛋白质结构与功能的改变与人类许多疾病相关,如退行性疾病、心脏病、衰老和癌症。

运用蛋白质组研究技术,从整体上研究这些蛋白质在生理及病理状态下的变化趋势及相互关系,可以为线粒体作用机制的探索提供新的有力的支持。

1线粒体的超微结构和功能
线粒体是机体细胞中重要的亚细胞器,它具有独特的超微结构和多种重要的生物学功能。

线粒体由两层膜包被,外膜平滑,内膜向内折叠形成嵴,两层膜之间有腔,线粒体中央是基质。

基质内含有与三羧酸循环所需的全部酶类,内膜上具有呼吸链酶系及ATP酶复合体。

线粒体是细胞内氧化磷酸化和形成ATP的主要场所,有细胞“动力工厂”之称。

线粒体合成的ATP供给几乎所有的细胞生理过程:从骨骼肌和心肌的收缩,到细胞膜跨膜离子梯度的维持、甚至激素和神经递质的分泌等。

另外,线粒体有自身的DNA和遗传体系,但线粒体基因组的基因数量有限,因此,线粒体只是一种半自主性的细胞器。

线粒体的主要化学成分是蛋白质和脂类,其中蛋白质占线粒体干重的65%~70%,脂类占25%~30%。

在肝细胞线粒体中外膜、内膜、膜间隙和基质四个功能区,各蛋白质的含量依次为:基质67%,内膜21%,外膜8%,膜间隙4%。

内膜含有三类功能性蛋白:(1)呼吸链中进行氧化反应的酶。

(2)ATP合成酶复合物。

(3)一些特殊的运输蛋白,调节基质中代谢物的输出和输入。

细胞线粒体的功能,不仅限于生物学功能。

它们在氨基酸和血脂新陈代谢、血红素和铁硫群生物合成、细胞信号与细胞凋亡发挥关键作用。

2线粒体蛋白质组学概述
2.1蛋白质组学的概念蛋白质组学(proteome)一词,源于蛋白质(protein)与基因组(genome)两个词的杂合,意指“一种基因组所表达的全套蛋白质”,即包括一种细胞乃至一种生物所表达的全部蛋白质。

蛋白质组本质上指的是在大规模水平上研究蛋白质的特征,包括蛋白质的表达水平、翻译后的修饰、蛋白与蛋白相互作用等,由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生、细胞代谢等过程的整体而全面的认识。

2.2蛋白质组学的研究内容蛋白质组学的研究内容主要有两个方面:即结构蛋白质组学和功能蛋白质组学。

结构蛋白质组学主要是蛋白质表达模式的研究,包括蛋白质氨基酸序列分析及空间结构的解析、种类分析及数量确定。

功能蛋白质组学主要是蛋白质功能模式的研究,包括蛋白质的功能及蛋白质间的相互作用。

蛋白质组的研究不仅能为生命活动规律提供物质基础,也能为多种疾病机制的阐明及攻克,提供理论根据和解决途径。

2.3线粒体蛋白质组的分析对蛋白质组组成的分析鉴定是蛋白质组学中与基因组学相对应的主要内容。

目前线粒体蛋白质组的分析工作主要有:(1)通过双向电泳等技术得到正常生理条件下的蛋白质的图谱,建立相应的数据库。

(2)比较病理组织细胞蛋白质组发生的变化,如蛋白质表达量的变化,翻译后修饰的类型和程度,或者可能的条件下分析蛋白质在亚细胞水平上定位的改变等。

2.4线粒体蛋白质组研究技术线粒体蛋白质组研究常用的技术有:(1)用于蛋白质相互作用
及作用方式研究的双杂交系统。

(2)用于蛋白质分离技术方面的,如双向凝胶电泳及HPLC 等。

(3)用于蛋白质鉴定的技术,如质谱技术、凝胶图像分析、蛋白质和多肽的N端、C端测序及氨基酸组成分析等。

(4)用于分析大量数据的生物工程信息学。

线粒体蛋白质组与其他蛋白质组研究面临同样的难题:低丰度、小分子量蛋白质及疏水性蛋白质难以鉴定。

3线粒体蛋白质组学研究状况
3.1线粒体蛋白质组图谱的构建通过不同的技术得到正常生理条件下的蛋白质的图谱,建立相应的数据库。

Rabilloud等〔1〕从健康人的胎盘组织中,分离提取线粒体进行蛋白质组研究,并建立正常人线粒体蛋白质组图谱。

以此为参考图,发现了遗传性或获得性线粒体功能障碍时线粒体蛋白质谱的变化情况。

他们使用了IPG(pH
4.0~8.0)双相电泳技术,共获得1500个蛋白点。

通过基质辅助激光解析离子化-飞行时间质谱-肽质指纹技术(MALDI-TOF-PMF)只鉴定出46种线粒体蛋白。

Taylor等〔2〕分离从心肌中纯化的线粒体复合体,共鉴定出615种功能不同的蛋白质。

其中90%以上的蛋白质定位于线粒体内膜,与氧化还原功能有关,19%为未知蛋白质。

Fountoulakis等〔3〕从大鼠的肝脏中分离线粒体,并分别利用宽范围和窄范围pH梯度IPG对线粒体蛋白质进行双相电泳,通过MALDI-MS鉴定出192个基因产物。

大约70%的基因产物是具有广谱催化能力的酶,其中8个基因产物首次被检测到,并且由一个点构成,而大多数蛋白质都是由多个点构成,平均10~15个点对应于一个基因产物。

Mootha 等〔4〕从小鼠大脑、心脏、肾脏、肝脏中分离提取线粒体蛋白质,进行线粒体蛋白质组研究。

他们参照已有的基因信息共鉴定出591个线粒体蛋白质,其中新发现了163个蛋白质与线粒体有关。

酵母和人类线粒体各有约700和1150种蛋白质,从目前的统计看,酵母线粒体蛋白与人类线粒体蛋白的同源性高于36%,可以通过与酵母线粒体蛋白质序列同源性比较,初步推测人类线粒体蛋白质的功能作用〔5〕。

Sickmann等采用多种方法分离纯化酵母线粒体蛋白,利用质谱技术鉴定出包括三羧酸循环、氧化磷酸化及线粒体编码的蛋白质共750种。

Washburn等利用多维色谱、质谱和sE-QUEST(数据分析程序)算法,分析酵母蛋白质组;这种多维蛋白质鉴定技术(MudPIT技术)鉴定出1484种酵母蛋白,包括低丰度蛋白(如转录因子和蛋白激酶)和131种预测含有跨膜结构域的膜整合蛋白。

3.2线粒体蛋白质复合物的研究线粒体内膜上嵌有很多蛋白质复合物,对于线粒体的功能具有重要作用,应用常规的双相电泳很难将这些蛋白质复合物完整地分离出来。

Devreese等〔6〕采用Bluenativepolyacrylamidegelelectrophoresis(BN-PAGE)分离线粒体内膜上的五个氧化磷酸化复合物,结合肽质量指纹图谱,成功地鉴定出氧化磷酸化复合物中60%的已知蛋白质。

BN-PAGE在分离蛋白质复合物时可以保持它们的完整性,因此这项技术可以用于研究在不同的生理病理状态下蛋白质复合物的变化及临床诊断等〔7〕。

3.3线粒体亚组分的研究线粒体对维持细胞的体内平衡起着关键作用,因此加速了人们对线粒体亚组分的研究。

线粒体内膜不仅包含有呼吸链复合物,它还包含多种离子通道和转运蛋白,对线粒体发挥正常的功能起着重要作用。

Cruz等〔8〕专注于线粒体内膜蛋白质的研究,他们通过二维液相色谱串联质谱技术鉴定出182个蛋白质,pI3.9~12.5,MW6000~527000,这些蛋白与许多生化过程相关,比如电子传递、蛋白质运输、蛋白质合成、脂类代谢和离子运输。

3.4线粒体蛋白质组数据库线粒体蛋白质数据库MITOP是一个综合性的有关线粒体编码和核编码的线粒体蛋白质的遗传和功能信息以及它们的基因的数据库。

其中收录了1150种线粒体相关的基因和对应的蛋白质,人们可依据基因、蛋白质、同源性、通道与代谢、人类疾病分类查询相关的信息〔9〕。

MitoP2数据库中主要为核编码的线粒体蛋白质组的数据,它将不同来源的线粒体蛋白质的信息整合在一起,人们可以根据不同的参数进行查询。

MitoP2数据库既包括最新的数据也包括最初的MITOP数据库中的数据。

目前数据库中主要为酵母和人的线粒体蛋白质组的数据,以后还将收录小鼠、线虫等的数据。

数据库旨在为人们提供
线粒体蛋白质的综合性数据〔10〕。

SWISS-PROT数据库包含269种人类线粒体蛋白质,其中与人类疾病相关的蛋白质有225种。

数据库中有相当一部分蛋白质没有明确的定位和功能信息的描述。

随着线粒体研究热潮到来和蛋白质组学技术的发展,将有更多的数据被填充到数据库中。

4线粒体蛋白质组研究中常见的影响因素
4.1线粒体样品的纯度在分离提取线粒体过程中,难免有一些非线粒体“污染物”与线粒体一起沉淀,从而影响线粒体蛋白质组的结果。

这些“污染物”多为:核碎片、胞浆或微粒体成分的部分分离物,它们与线粒体具有相似的沉降系数,因此与线粒体一起沉淀;另外,细胞质中与线粒体结合的物质也可成为“污染物”。

完全排除这些非线粒体“污染物”是不可能的,但通过优化操作可最大限度地纯化线粒体。

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