糖基化修饰是最丰富和最复杂的蛋白质翻译后修饰之一。其中,氧连-N-乙酰氨基葡萄糖基化修饰 (O-GlcNAcylation)作为广泛存在于真核细胞质或线粒体的蛋白质糖修饰,影响了蛋白质性质、细胞功能和疾病状态等方面,因此,在活细胞中的靶蛋白质上进行编辑O-GlcNAc糖基化对于与其相关的功能调控至关重要。这些在细胞靶蛋白质上操控O-GlcNAc糖基化修饰的新技术,将在很大程度上加速O-GlcNAc功能研究的发展。本文简要介绍了近年来靶向编辑O-GlcNAc糖基化修饰化学生物学技术的研究进展,讨论了目前可用的O-GlcNAc编辑策略并进行了分析,展望了相关技术的未来发展前景。这些技术组成了一个强大的化学生物学工具箱,并有望用于与O-GlcNAc 糖基化相关疾病的诊断与治疗。

抗生素耐药性被认为是21世纪人类健康面临的最严重的全球性威胁之一,抗生素的过度使用加剧了细菌耐药性的产生,因此,需要进一步研究细菌耐药的机制,探索新型的耐药菌抑菌策略。本文从细菌耐药性的产生机制及耐药菌新型抑菌策略两方面进行概述,详细阐述了固有耐药性、获得耐药性和适应耐药性三种耐药性的分子机制,发现相较于具有强抗药性的固有耐药性及获得耐药性,新出现的适应耐药性具有群体效应及可逆性的特点。同时对新型抑菌化合物分子、噬菌体疗法、CRISPR-Cas系统疗法和反义疗法等新型抑菌策略进行了归纳,证明新型抗菌方法必须具备特异性和强响应性的特点。本综述旨在对细菌耐药性的发生机制进行总结,并为后续细菌耐药性的防治提供参考。

分子生物学中心法则阐述生物体内的遗传信息流动方向,是重要的分子生物学经典理论之一。中心法则存在两个版本。1957年克里克首次提出中心法则,1958年发表,1970年修改。克里克将遗传信息传递方式分为三组:(1)3种普通传递,在细胞中正常发生,包括DNA→DNA、DNA→RNA和RNA→蛋白质;(2)3种特殊传递,指某些病毒中的RNA→RNA和RNA→DNA,以及体外DNA→蛋白质;(3)3种未知传递,即尚未发现或可能不存在的信息传递,包括蛋白质→蛋白质、蛋白质→DNA和蛋白质→RNA。1965年沃森以蛋白质生物合成途径作为中心法则,将遗传信息传递过程分成两步——转录和翻译,通常简化为DNA→RNA→蛋白质,之后又补充了“RNA复制”和“逆转录”。沃森中心法则的局限性受到质疑。

糖以共价键的形式连接到蛋白质氨基酸的侧链上可以形成糖基化。糖基化在许多情况下能够显著增加蛋白质结构、性质和功能的多样性。特定的糖基化模式还能够赋予蛋白质和酶特异的性能,同时异常的糖基化模式也可能导致疾病。因此,全面深入地了解蛋白质糖基化的作用,无论是对于基础研究还是应用研究,都有重要的意义。然而,由于难以获得适于研究的样品,这方面的进展一直异常缓慢。近年来,研究人员逐渐开始探索使用一个基于糖基化异形体分子库(glycoform library)的策略来改变这一现状。这一策略以使用合成的方法制备的具有高纯度且在结构上存在系统差异的一系列分子作为研究对象,通过对它们结构、性质和功能的比较,相对快速而准确地获得蛋白质糖基化的作用和作用机制,进而更好地提高糖基化在改善蛋白质和酶的性能方面的应用水平。本综述旨在通过对分子库策略在O-糖基化研究方向上的进展,以大致按照时间顺序进行的总结、概述和简单讨论,实现对现有不多的实例的研究方法、每个实例取得的研究成果的系统展示,从而能够帮助研究人员更清晰地了解该策略目前的发展状况和不足,帮助他们在今后更好地利用该策略进行蛋白质糖基化的研究和应用,更好地提高该策略的使用深度和广度。

O-GlcNAc糖基化修饰是一种广泛存在于细胞内蛋白质上的翻译后修饰,与一般的蛋白质糖基化修饰不同,催化该修饰的O-GlcNAc糖基转移酶将GlcNAc糖单元添加在蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上后便不再延伸。自被发现以来,已有大量研究表明,O-GlcNAc糖基化修饰广泛参与了细胞生长发育、基因转录调控、免疫反应和应激反应等诸多基础性的生理过程。在免疫系统中,O-GlcNAc糖基化修饰通过多种途径调控免疫细胞的活化、分化以及功能发挥。巨噬细胞的分化与表型维持依赖O-GlcNAc糖基化修饰的稳态,葡萄糖代谢水平的改变或OGT的缺失都会导致巨噬细胞极化发生转变。此外,O-GlcNAc糖基化修饰通过改变NF-κB等转录因子的活性调节细胞因子的转录维持巨噬细胞炎性,亦可影响MAVS蛋白泛素化以响应病原体感染。在其他先天性免疫细胞中,O-GlcNAc糖基化修饰水平的降低都会不同程度地影响细胞免疫功能。T细胞和B细胞中的NF-κB、NFAT和c-Myc等转录因子上均受到该修饰的调控,从而影响细胞因子与代谢相关基因的表达,并伴随着较高水平的葡萄糖摄入和O-GlcNAc糖基化修饰,以满足细胞活化与增殖。O-GlcNAc糖基化修饰在免疫系统中的异常变化与慢性炎症、肿瘤等相关疾病的发生发展密切相关,或成为肿瘤免疫逃逸的手段。深入了解O-GlcNAc糖基化修饰在免疫系统中的作用,将有助于揭示免疫调控的分子机制,为新型免疫治疗策略的开发提供理论基础。

面对日益增长的新病毒种类和数量,及其复杂的内在关系,现有的病毒分类方法已凸显出其局限性。2019年,病毒分类和命名的权威机构国际病毒分类委员会(the International Committee on Taxonomy of Viruses, ICTV),基于病毒的系统进化关系提出了一种全新的、包含15个分类等级或阶元的病毒分类系统,并已经在ICTV的官方网站https://ictv.global/上线发布,公众可以在线免费查找动态的病毒分类信息。新的病毒分类系统能更好地揭示病毒错综复杂的内在关系以及群体进化机制,使我们能以更客观及系统的方法对病毒进行分类和命名。本文就ICTV网站有关病毒分类的主要概况,特别是最新的病毒分类和ICTV报告进展作一综述。

糖参与了细胞识别、细菌感染、信号转导和免疫应答等许多生命过程,由于其相关的生物学作用,天然存在的糖及其衍生物已被广泛研究。糖也是药物开发的重要先导物,与糖相关的药物在多种疾病如抗感染、抗癌和心血管疾病中表现出很好的治疗性,核糖和脱氧核糖是构成核苷药物的主要支架,小分子核苷类似物能够抑制病毒在受感染细胞中的复制来预防或治疗病毒感染;含糖结构的大环内酯抗生素和氨基糖苷类抗生素,分别作用于细菌核糖体的50S亚基和30S亚基来阻止细菌蛋白质的合成,从而杀死细菌;肝素作为一种高度硫酸化的糖胺聚糖,能够与抗凝血酶Ⅲ结合,增强抗凝血酶Ⅲ与凝血酶的亲和力,使凝血酶失活达到抗凝血效果;拟糖类药物可以和糖苷酶结合来阻止低聚糖水解,从而控制血糖水平;糖疫苗对于癌症的治疗有着不可或缺的作用等,糖药物几乎涉及了所有疾病领域。此外,糖化学的迅速发展,不断提高了科学家们对糖的认识,糖越来越多的被药物化学家们用于新药设计。本文从含糖结构的药物出发,对糖药物在各类疾病中的应用进行简要综述。

糖作为生命体的重要组成成份,承载着很多生物学功能:保护细胞、细胞的结构成份、能量来源与代谢组分、细胞与细胞的识别以及细胞内的信号转导。最常见的人类ABO血型的分子基础就是由血细胞表面的糖链结构决定的,流感病毒侵入宿主细胞则是由宿主细胞表面的唾液酸糖作为受体。
虽然人们很早就认识到了糖的重要性,但其固有的复杂性造成了很多研究上的技术难题:其一,化学结构上,糖链的链接方式多种多样;其二,糖链的合成没有模板,而是如同“分子乐高”一样由糖基转移酶装配合成。这样的糖类异质性虽然可以承载更多的信息,但是也为研究它的生物学功能造成了不小的挑战。
所以糖生物学从诞生的那一刻起,就注定了是一门多学科多手段多角度的交叉学科。本专刊涵盖多学科(生命、化学以及药学)对于糖生物学功能的综述以及技术上的最新简报,力图报道糖科学研究的新技术新方法,阐释糖在不同生理和病理中的功能,并讨论糖类药物的开发。
本专刊一共收录了9篇糖生物学相关的综述以及1篇技术简报。
(1) “工欲善其事,必先利其器”,我们首先综述了研究糖生物学的技术手段:《基于分子库策略的蛋白质O-糖基化研究》通过化学合成的方法来研究不同Ser/Thr位点进行O-糖基化对蛋白质功能的影响和调控;《酶介导的邻近细胞标记方法探究细胞间相互作用》阐释了化学生物学的研究策略;《基因编辑技术及其在糖生物学研究中的应用》则将糖与基因编辑相结合,对未来进行了展望。
(2) 聚焦N-乙酰葡萄糖胺 (O-linked β- N -acetylglucosamine, O-GlcNAc)。O-GlcNAc为发生在细胞内参与信号转导的单糖修饰。综述《靶向编辑O-GlcNAc糖基化修饰的化学生物学技术》从化学的角度阐释了最新的化学生物学工具;技术简报《CpOGA^D298N与核心链霉亲和素(Stv13)融合表达用于检测蛋白O-GlcNAc修饰》则从去N-乙酰葡萄糖胺修饰的角度研究了新的检测方法;《O-连接-N-乙酰葡糖胺糖基化蛋白质的富集方法》介绍了近年来 O-GlcNAc 糖基化修饰与疾病之间的关系以及相关修饰位点的富集方法;《O-GlcNAcylation在免疫系统中的作用》则侧重其在生物学中的免疫功能。
(3) 阐释糖类分子在不同病理中的功能:《免疫分子的糖基化修饰与重要感染性疾病》集中于免疫系统;《溶酶体半乳糖苷酯酶作用机制及疾病》侧重糖在溶酶体这一独特的细胞器中的功能。以此为基础,《糖药物在疾病治疗中的应用》综述了针对糖类的药学研究。
我们相信通过多学科对于糖生物学的交叉探索与创新实践,糖生物学必将迎来崛起的新时代。

结直肠癌是目前发病率和死亡率排名较高的肿瘤之一,其预防和治疗面临严峻挑战,近年来越来越多的研究表明,去泛素化酶与结直肠癌的发生发展密切相关。去泛素化酶通过精准去除蛋白质上的泛素分子,调控蛋白质稳定性、细胞信号传导及基因表达,进而影响肿瘤细胞增殖、存活及迁移等关键生理过程。去泛素化酶可以通过影响细胞周期蛋白质的稳定性来促进细胞周期,加速细胞增殖。在Wnt/β-catenin信号通路中,去泛素化酶通过增加β-联蛋白(β-catenin)的核定位引起通路异常激活,促进结直肠癌的发生。去泛素化酶可以参与调节免疫检查点的稳定性,影响肿瘤微环境中的免疫细胞功能,促进免疫逃逸。去泛素化酶可以调控转录因子泛素化状态,影响靶基因表达,促进上皮-间质转化过程,增强结直肠癌的侵袭性和转移潜能。去泛素化酶还能通过调控凋亡抑制因子稳定性、DNA修复酶活性或药物外排蛋白质表达,介导肿瘤细胞对化疗药物的耐药性。鉴于去泛素化酶在结直肠癌进展中的关键作用,开发靶向去泛素化酶的小分子抑制剂逐渐成为有吸引力和挑战性的热门领域,目前,已发现多种小分子抑制剂在体外实验和动物模型中展示了抑制结直肠癌细胞生长和诱导细胞凋亡的能力。本文就去泛素化酶在结直肠癌中的研究进展,以及小分子抑制剂在结直肠癌中的应用展开讨论,为结直肠癌的治疗提供思路。

细胞衰老是指细胞处于稳定的细胞周期阻滞状态,丧失了分裂增殖能力。多种细胞内外的刺激因素均可诱导细胞衰老。衰老的细胞表现出很多特征,例如细胞周期阻滞蛋白质p16^INK4a和p21^Cipl表达水平上调、DNA损伤反应、细胞结构和代谢的改变等。衰老细胞的另外一个主要特征是其会表达和分泌很多种因子,包括细胞因子、趋化因子、生长因子、蛋白酶以及其它生物活性分子等,被称为衰老相关分泌表型。这些因子通过细胞自主的自分泌方式或细胞非自主的旁分泌方式发挥较多生物学功能。在本综述中,我们总结了衰老相关分泌表型的组成,指出其组成具有高度的异质性和动态性。本文在转录、转录后、翻译、翻译后修饰、表观遗传等多种水平总结了其调控机制。之后总结了其多种生物学功能,包括其在抑制肿瘤、组织修复和胚胎发育中的有益作用,以及在诱导细胞衰老、促进肿瘤发生发展、衰老相关疾病和机体衰老中的有害作用。在应用上,本文概述了通过靶向清除衰老细胞和抑制衰老相关分泌表型来干预衰老和衰老相关疾病的治疗方法。最后,概述了在体内鉴别和检测衰老细胞和衰老相关分泌因子所面临的一些挑战,并提供了一些具有可操作性的建议以及新技术来解决这些挑战。

随着细胞治疗的快速发展,大规模慢病毒的生产成为工艺环节中的瓶颈,因此,优化293T高滴度和高纯度的CAR慢病毒载体生产工艺显得至关重要。本研究旨在优化包装慢病毒的293T贴壁细胞,节省时间,节约成本,提高慢病毒包装的能力。同时对优化慢病毒载体中出现悬浮细胞结团生长的现象进行探索,检测其影响结团的因素。分别采用快速、慢速驯化方式将293T贴壁细胞驯化为悬浮培养,并比较其细胞形态、细胞密度、细胞活率、慢病毒包装能力和冻存复苏后稳定一致性,筛选出最优的悬浮驯化条件。通过调节Ca^2＋浓度和EDTA添加量来研究比较细胞结团生长状况。结果证明,使用无血清培养基OPM-293 CD05 溶剂(medium)可以将293T贴壁细胞快速驯化为293T悬浮细胞,并能制备出慢病毒滴度且优于贴壁细胞的包装滴度(^*P<0.05)。Ca^2＋浓度会影响细胞结团大小,添加EDTA能有效分离分散非必要的细胞抱团生长。研究结果显示,传统293T贴壁细胞可以使用无血清培养基OPM-293 CD05 溶剂快速驯化成悬浮细胞;在一定范围内,Ca^2＋浓度越高细胞所结团块及粒径越大,EDTA添加量越高细胞所结团块及粒径变小。这为优化慢病毒载体包装工艺和悬浮培养条件,同时为体外规模化细胞培养放大和生产奠定了理论基础,具有一定的实用价值。

内质网应激是细胞在应对缺氧、营养缺乏等情况时产生的保护性应激反应,通过诱导未折叠蛋白质反应的3条通路来缓解内质网的蛋白质堆积。内质网应激通过内质网自噬受体诱导的内质网自噬,是降解不易被未折叠蛋白质反应途径降解的未折叠或错误折叠的蛋白质,以及恢复内质网形态结构的重要途径。哺乳动物和酵母细胞中存在多种内质网自噬受体,主要功能为促进内质网碎片的形成,并捕获自噬底物,将内质网碎片和未折叠或错误折叠的蛋白质递送至自噬溶酶体中进行降解。每种内质网自噬受体具有独特的结构导致它们捕获自噬底物的方式不尽相同;同时,内质网应激通过不同的途径调控内质网自噬受体的表达和磷酸化。因而,内质网应激通过不同的分子机制激活内质网自噬受体介导的内质网自噬。此外,内质网应激介导的内质网自噬在许多人类疾病的发生发展中发挥重要的作用。阐明内质网应激诱导内质网自噬的具体机制,为内质网自噬相关疾病的防治提供理论依据。因此,本文将综述内质网应激启动哺乳动物细胞中内质网自噬受体FAM134B、RTN3L、SEC62、CCPG1和酵母细胞中内质网自噬受体Atg39、Atg40、Erp1介导的内质网自噬的分子机制,以及内质网应激诱导的内质网自噬与神经退行性疾病和肿瘤等人类疾病的联系,为内质网自噬相关疾病的防治提供新策略。

基因功能的解析是现代生物学研究的基本问题,基因的精准、高效和靶向编辑是基因功能研究不可或缺的手段。在过去的30多年,基因编辑实现了从基于同源重组修复技术的基因打靶技术(gene targeting)到基于锌指核酸酶、转录激活样效应因子核酸酶和CRISPR相关核酸酶等可编程核酸酶的可控编辑技术的革命性转变。这些技术的发展极大地促进了基因功能的研究并促生了疾病治疗的颠覆性技术。本文综述了CRISPR-Cas的分类、组成及其在细菌中发挥免疫防御作用的工作原理,重点综述了基于CRISPR-Cas系统的最新基因编辑工具包括基因转录编辑器、表观遗传编辑器、碱基编辑器、先导编辑器以及靶向RNA的RCas编辑系统。随后综述了基因编辑器的细胞和器官靶向递送策略,主要讨论了腺相关病毒、脂质纳米颗粒和细胞外囊泡的优劣。最后,本文综述了基因编辑技术在糖生物学研究中的应用,包括糖类物质功能、生物合成与机制,糖蛋白质组学分析,细胞糖芯片的构建和应用以及蛋白质糖基化工程改造。精确基因编辑技术的发展促进了糖类物质的生物合成机制、结构与功能研究,也正在推进转化糖科学研究。

细胞-细胞相互作用(cell-cell interactions, CCIs)可以通过细胞表面蛋白质、聚糖、脂质等介导的细胞间突触形成而发生,以维持机体稳态和调控生理功能。这些CCIs是复杂的,涉及许多不同的细胞表面和细胞内分子的参与。随着基础研究和转化医学的不断发展,如何准确识别细胞间相互作用并对其进行表征和定量,引起了广泛关注。近年来,研究CCIs的技术手段不断推陈出新,而邻近标记是一种十分有前景的研究细胞间相互作用的化学生物学方法。目前,主要有两种类型的标记策略。一种是依赖基因工程操作,在“诱饵”细胞表面表达外源酶,通过其与相邻细胞上的受体底物的直接结合,以便发生细胞间邻近标记。另一种是使用酶或小分子催化剂(例如光催化剂),通过基因工程重组表达或借助化学(化学酶)方法将它们偶联在“诱饵”细胞表面,在适当的刺激或激活后,靶向递送感兴趣的标记分子,实现邻近标记。其中,酶介导的邻近细胞标记方法在检测和表征CCIs上具有重要的应用价值。该综述将标记过程中涉及有酶参与的方法定义为酶介导的邻近细胞标记方法,这种方法的一个明显优势是,由于酶和受体底物之间直接的物理接触或酶催化产生高反应活性标记分子而实现小的标记半径范围。该综述旨在归纳与总结近年来开发的酶介导的邻近细胞标记方法的原理、优缺点及现有应用。

蛋白质糖基化是最常见的蛋白质翻译后修饰(post-translational modification, PTM)之一,其广泛存在于生命体中。真核细胞中,糖基化修饰对蛋白质的折叠、构象、分布、稳定性和活性具有重要的影响。研究表明,糖蛋白的糖链对于维持多细胞生物所有分化细胞间相互作用的秩序至关重要。蛋白质糖基化的功能障碍可能导致疾病的发生和感染性疾病的发展。迄今已有许多蛋白质的N/O-聚糖改变被确定为肿瘤和某些传染性疾病发展的生物标志物。因此,本文针对B细胞受体(B-cell receptor, BCR)、T细胞受体(T-cell receptor, TCR)、细胞因子(cytokines, CK)、补体(complement)和免疫球蛋白(immunoglobulin, Ig)等主要的免疫分子的糖基化修饰,以及相关糖基化修饰与传染性疾病之间的关系进行综述,旨在阐释免疫分子的糖基化与传染性疾病之间的关联,为治疗感染性疾病提供新思路和策略。

诱导多能干细胞衍生的间充质干细胞(iMSC)已被提出作为原代间充质干细胞(MSC)的替代来源,在疾病治疗相关研究中也显示出多种优势。但是iMSC更适用于何种疾病类型,以及是否具有潜在的风险均未被充分阐明。本研究利用公共数据库中的高通量测序数据,将iMSC与骨髓源的MSC(BM-MSC)、脂肪源的MSC(AD-MSC)和脐带源的MSC(UC-MSC)进行对比,通过不同生物信息学方法,包括差异表达基因分析、功能富集分析、蛋白质相互作用网络分析及CMap数据库筛选,结果表明,iMSC具有独特的基因转录特征,与3种常用的MSC在基因表达上存在显著差异,特别是在神经、肌肉发育和免疫调节相关基因表达上;差异基因的功能富集分析进一步证实,iMSC在神经相关疾病治疗中表现出潜在优势,同时具有较低的免疫原性,但也存在较高的成瘤性风险;通过CMap数据库分析,识别了可能抑制iMSC成瘤性的基因靶点和小分子抑制剂,为降低iMSC应用风险提供了可能的策略。综上所述,iMSC作为细胞治疗的潜在来源,在神经疾病治疗中具有潜在优势,但其安全性需通过更多实验和临床研究来验证。

立德树人是高等教育的根本任务,课程思政教育在该任务完成过程中不可或缺。“生物学基础”是生物工程专业的核心课程,与其他专业必修课存在密切联系,在专业人才培养体系中具有重要地位。本文从“生物学基础”课程思政建设的必要性、课程思政元素的挖掘和设计、课程思政的实施方法、课程思政评价体系的优化以及课程思政教学的实施效果等方面详细阐述了“生物学基础”课程思政的建设过程。从名人轶事、日常生活、科研案例和时事热点等方面积极挖掘课程思政元素。通过组建教学团队、建立线上线下混合教学方法、开展案例教学和实施小组讨论将思政元素融入到“生物学基础”教学全过程,并建立课程思政教学效果的评价体系。结果表明,对“生物学基础”实施课程思政教学后,学生提高了学习兴趣,期末卷面平均成绩得到显著提升,由课程改革前的66分以下上升至改革后的76分。此外,92%以上学生认为“生物学基础”课程思政教学达到较好效果,课程满意度达到98%。课程思政有效提升了“生物学基础”课程的教学质量,实现学生专业知识和综合素质协同培养的目标。该课程的有关建设经验可以为其他生物类课程的思政教学和改革提供一些参考。

神经管畸形(neural tube defects,NTDs)是一种常见的、严重且复杂的先天性畸形,是遗传、营养和环境因素相互作用的结果。母体妊娠期补充叶酸(folic acid,FA)已被证明是一种非常有效的策略,常用于部分NTDs的初级预防。然而,仍有一部分NTDs病例对FA治疗具有抵抗性,称为“FA不应答型NTDs”或“FA抵抗型NTDs”。FA不应答型NTDs的病因复杂,涉及遗传、营养、环境及母体相关因素。本文综述了叶酸不应答型NTDs的相关遗传、营养、环境及母体等风险因素,并揭示了其致病机制的研究进展。其中,遗传因素主要从小鼠突变体及品系、叶酸一碳代谢基因、关键凋亡基因三方面展开阐述,为该类患儿的产前诊断提供了可能的遗传检测位点。营养因素方面,本文主要聚焦目前已报道的肌醇和蛋氨酸,解释其对该种疾病潜在的干预机制,为NTDs患者早期营养干预提供新方向。此外,本文还探讨了叶酸一碳代谢中的辅助因子-维生素B12参与叶酸不应答型NTDs发生的可能机制,增加叶酸联合其他维生素治疗出生缺陷的可能性。最后,本文还综述了环境因素和母体因素在叶酸不应答型NTDs中的研究进展,为高危人群提供孕早期健康指导。总之,本文综述了叶酸不应答型NTDs的相关风险因素及其致病机制的研究进展,为当下该种疾病及同类型出生缺陷的防治提供新的见解。

蛋白质-蛋白质相互作用 (protein-protein interaction, PPI)几乎参与了机体内所有重要的生物学过程,在细胞的基本生命过程中扮演了至关重要的角色,开发高通量的PPI检测新方法具有重要的生物学意义。目前,下一代测序技术(next-generation sequencing, NGS)发展快速,能在几天内测定超过10亿个模板的DNA序列。由于并行DNA测序技术所特有的敏感性、特异性、高通量和多路复用优势,其已被用作广谱分子计数器,应用于基因组测序和转录物组测序等领域。核酸条形码技术通过将寡核苷酸标签与目标蛋白质连接起来,从而标记编码蛋白质。之后,利用高通量的测序方法检测相互作用的蛋白质,实现了PPI的高通量检测。这一技术推动了PPI检测方法的飞速发展,提升了单次实验检测的通量,为构建PPI网络提供了强有力的技术支持。本文详细阐述了核酸条形码在PPI检测方法中的设计、生成和读取;通过分析核酸条形码技术在PPI研究中的应用范例,探讨了各自的优势和不足,并评估了数据的可靠性,讨论了基于核酸条形码技术的PPI检测方法未来的发展趋势。

溶酶体贮积症(lysosomal storage diseases, LSD) 是一类遗传性代谢障碍疾病,其发病机制主要源于溶酶体酸性水解酶的基因突变,导致酶的功能缺陷,进而触发生物大分子在溶酶体内的异常积累,继而对细胞、组织及器官功能造成显著损害。β-半乳糖脑苷酯酶 (galactocerebrosidase, GALC)的突变或缺失导致鞘氨醇半乳糖苷(galactosylsphingosine)的累积,造成了进行性的脱髓鞘病变,诱发神经鞘脂贮积症-克拉伯病(Krabbe disease),其在疾病调控中的具体机制尚未完全阐明。目前,越来越多的有关GALC基因的致病突变被报道,结合GALC蛋白的三维结构解析,已逐渐了解GALC蛋白的突变造成克拉伯病的机制,这将为开发相关治疗药物提供有力的证据。此外,GALC在不同的肿瘤进程中扮演着双重角色,一些癌症中充当着抑癌因子的作用,而在另一些癌症中则发挥着致癌因子的作用,然而剖析GALC对癌症的影响仍需进一步深入的研究,这将为GALC作为潜在的肿瘤促进或抑制的靶点提供借鉴。GALC还与多种神经退行性疾病,包括阿尔茨海默病、帕金森氏病以及多发性硬化症有关。由于GALC作用机制的复杂性,目前,针对GALC缺乏所致的克拉伯病的治疗主要通过单一模式疗法(single-modality therapies)及多模式疗法(multi-modality therapies),但要开发出真正有效的治疗方法,仍需深入研究GALC基因缺陷导致的发病机制。本文综述了GALC的结构和功能特性,汇总并讨论了其在神经系统及肿瘤发生发展中的作用及相关研究的最新进展,旨在为未来深入探讨GALC的调控机制及开发治疗相关疾病的创新药物提供理论基础和参考。

环状RNA(circular RNA, circRNA)是真核生物细胞中一类特殊的非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA),具有高度稳定性。目前已广泛发现circRNA可作为微RNA(microRNA, miRNA)海绵参与各种疾病发生发展过程。作为近年来研究的热点,circRNA的功能和作用不断被发现和利用,其既可作为蛋白质支架使靶点结合更紧密,也可以调节疾病信号分子的转录表达,还能作为翻译模板,参与蛋白质的表达。此外,研究证实了铁死亡在疾病发展中具有重要作用,而铁死亡相关circRNA的分子机制研究也是医学研究领域的新前沿。最近研究发现,circRNA不仅能作为miRNA和蛋白质支架参与调控铁死亡,还能从转录水平调节铁死亡相关信号分子。目前,人工合成的环状RNA已被设计用于RNA疫苗,各种基因治疗技术、药物递送载体也为靶向circRNA的药物开发提供重要依据。本文阐述了circRNA的功能和作用、铁死亡调控的关键靶点及其在疾病中的作用,并且着重阐释了铁死亡相关circRNA在肿瘤、神经系统疾病及糖尿病并发症等多系统疾病中的作用机制,概述了circRNA相关的药物开发策略,为基于铁死亡相关circRNA的药物开发提供新的思路。

先天性心脏病 (congenital heart disease,CHD) 是包括心肌壁、瓣膜和主要血管缺陷在内的心脏先天性结构异常疾病。虽然胚胎发生过程中的基因突变和异常基因表达等遗传因素会导致CHD,但这些只能解释一部分CHD的发病原因。表观遗传中的组蛋白修饰在CHD中的研究越来越多,提示其在CHD发病机制中愈发重要。随着基于质谱的蛋白质组学技术发展,一系列新型组蛋白翻译后修饰,包括琥珀酰化、糖基化、乳酸化和 β-羟基丁酰化等在疾病中发挥的作用被揭示,而这些新型修饰如何调控CHD的发生发展过程中的基因表达以及病理进程并不得知。本文将分别从经典组蛋白修饰和新型组蛋白修饰出发阐述不同的组蛋白修饰参与调控心脏发育基因的作用机制,以期揭示组蛋白驱动的表观遗传机制在CHD病因学中的重要性,也为CHD的临床治疗及时预防提供理论依据。

随人口老龄化进程加速,由心脏衰老引发的各类心血管疾病已成为不可忽略的健康问题。心脏中,约 95% 的 ATP 来源于心肌线粒体,以维持心脏泵血功能。线粒体功能障碍可导致心肌能量不足,心肌细胞受损死亡或心肌衰老。因此,线粒体的功能完好对于维持心脏正常功能具有重要作用,并被认为是心脏衰老的一个关键特征。本文对心脏衰老与线粒体功能障碍进行综述,主要概述了衰老心脏的特征,衰老心肌细胞线粒体结构与功能的变化,重点阐述线粒体功能障碍导致心脏衰老的5大因素,包括线粒体形态数量的改变,线粒体DNA突变,线粒体质量控制失败,线粒体酶的改变,线粒体相关代谢产物及应激信号的变化。总结了靶向线粒体的心脏衰老治疗方式及作用机制,同时探讨了靶向年龄相关的线粒体治疗心脏衰老的现状和未来方向。

1型糖尿病是由胰岛β细胞功能受损、胰岛素分泌不足所致,目前,主要通过外源性胰岛素补充来治疗,但外源性胰岛素无法精准调控血糖,严重低血糖可危及生命。胰岛移植是一种替代疗法,但面临器官供体不足和异种来源胰岛β细胞存在人畜共患病交叉感染风险的问题。因此,获得足量且安全的胰岛β细胞是1型糖尿病细胞治疗面临的难题。本研究旨在通过人诱导多能干细胞(human induced pluripotent stem cells, hiPSCs)在体外向胰岛β细胞分化,提供一种潜在的1型糖尿病治疗新策略。为实现这一目标,我们采用了结合2D和3D培养系统的分化策略,模拟胰岛β细胞的体内发育环境,并使用多种生长因子调节在胰腺发育和β细胞分化中发挥重要作用的关键信号包括Notch信号通路(Notch signaling pathway)、Wnt信号通路(Wnt signaling pathway)、TGF-β/Smad信号通路(TGF-β/Smad signaling pathway)等,在体外将 hiPSC定向诱导分化至胰岛β细胞。结果显示,在2D、3D结合的培养条件下,分化过程中定型内胚层细胞,胰腺祖细胞,胰腺内分泌细胞及胰岛β细胞阶段的特异性基因的表达显著提高(P<0.05),并在胰岛素含量及葡萄糖刺激后表现出显著增强的胰岛素分泌能力(P<0.05)。总之,本研究成功建立了一种从hiPSC到功能性胰岛β细胞的分化策略,为1型糖尿病提供了一种新的细胞治疗途径。这种方法不仅为研究胰岛β细胞的发育生物学提供了新的工具,也为临床应用提供了一种潜在的胰岛β细胞来源,有望解决现有治疗方法的局限性。

蛋白质甲基化是生物体内常见的翻译后修饰。长期以来蛋白质甲基化的研究主要集中在精氨酸和赖氨酸上,关于组氨酸甲基化的报道较少,而最近的研究强调了组氨酸甲基化也是一种普遍存在且高度保守的修饰,该修饰发生在组氨酸咪唑环上的Nπ和Nτ位点,由特定的组氨酸甲基转移酶(PHMTs)催化。本文综述了组氨酸甲基化的研究历史和近年来取得的重要进展,重点强调了几个已知的组氨酸甲基转移酶,这些酶通过特定分子机制负责组氨酸上精确位点的甲基化修饰,其介导的甲基化在细胞运动、肿瘤细胞增殖和蛋白质翻译等过程中发挥重要作用。此外,本文还讨论了组氨酸甲基化的研究方法,特别是质谱技术的应用,在推动组氨酸甲基化研究中发挥重要作用。尽管组氨酸甲基化的面纱正在逐渐被揭开,对该修饰及其功能机制的完全理解仍存在挑战,因此,本文还对目前组氨酸甲基化的研究困境和未来的研究重点提出了一些新的见解,期待在未来揭开组氨酸甲基化更多的秘密,以扩展蛋白质甲基化修饰网络,为阐明疾病机制、开发新的治疗策略提供新的视角和策略。

DNA损伤引发细胞启动一系列DNA损伤应答(DNA damage response,DDR),包括DNA损伤修复、细胞周期检查点激活、细胞周期阻滞、各种细胞内信号转导途径的活化和细胞凋亡等。DNA损伤修复(DNA damage repair)是细胞维持基因组稳定性的重要机制,于2015年获得诺贝尔化学奖。DNA损伤修复途径主要包括:碱基切除修复(base-excision repair,BER)、核苷酸切除修复(nucleotide excision repair,NER)、错配修复(mismatch repair,MMR)、同源重组(homologous recombination,HR)和非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ)等,分别在DNA单链断裂(single-strand break,SSB)或双链断裂(double-strand break,DSB)等损伤修复中发挥重要作用。DNA损伤修复缺陷与肿瘤发生发展密切相关,同时也是肿瘤治疗的重要靶点。DNA损伤修复通路的多聚ADP核糖聚合酶(poly-ADP-ribose polymerase,PARP)与乳腺癌易感基因BRCA1/2等存在合成致死(synthetic lethality)作用,使PARP抑制剂(PARP inhibitor,PARPi)成为第一个也是目前唯一上市的肿瘤治疗合成致死靶药。PARPi在卵巢癌及多种实体瘤治疗中疗效良好,使DNA损伤修复及相关DDR通路的合成致死靶药研发成为热点,其他在研靶点主要包括:共济失调毛细血管扩张突变蛋白(ataxia telangiectasia-mutated protein,ATM)、共济失调毛细血管扩张与RAD3相关蛋白(ataxia telangiectasia and Rad3 related protein,ATR)、DNA依赖性蛋白质激酶催化亚单位(DNA-dependent protein kinase catalytic subunit,DNA-PKcs)、细胞周期检测点激酶1(checkpoint kinase1,CHK1)、细胞周期检测点激酶2(checkpoint kinase 2,CHK2)、阻止有丝分裂的蛋白质激酶WEE1等。PARPi与其他DDR靶药、抗血管生成药物及免疫检查点抑制剂的联用,有可能成为克服PARPi耐药、提高疗效的有效手段和发展前景。本文针对DNA损伤修复及相关DDR通路的关键分子和潜在肿瘤治疗靶点进行综述,阐述了DNA损伤修复相关通路的合成致死靶点研究及在卵巢癌的应用和前景,为基础研究及临床应用提供指导。

认知功能障碍是2型糖尿病的严重并发症之一,运动干预改善糖尿病认知具有一定的疗效,但具体作用机制尚不清楚。本研究旨在探究跑台运动干预改善2型糖尿病小鼠认知功能障碍的作用及分子机制。取雄性8周龄m/m小鼠10只作为对照组,db/db小鼠40只随机分为4组,每组10只,分别为db/db组(模型组)、db+Exe组(运动组)、db+Exe+SB203580组(运动联合p38 MAPK抑制剂组)、db+SB203580组(p38 MAPK抑制剂组)。db+Exe组和 db+Exe+SB203580组进行运动干预(40 min/次,5次/周,共8周);db+Exe+SB203580组和db+SB203580组在运动干预前2 h腹腔注射SB203580,(5 mg/kg,5次/周,共8周)。体重及空腹血糖测量结果显示,8周跑台运动干预可降低糖尿病小鼠体重及空腹血糖(P<0.01);水迷宫结果显示,跑台运动改善了糖尿病小鼠的认知功能障碍(P<0.05);免疫荧光染色结果显示,跑台运动降低了海马组织NLRP3的荧光强度,其中CA1区和CA3区具有显著性差异(P<0.05);跑台运动降低了海马组织PI的荧光强度,其中DG区具有显著性差异(P<0.01)。qRT-PCR结果显示,跑台运动降低了小鼠海马组织中IL-1β和IL-18 mRNA的表达,其中IL-1β mRNA的表达具有显著性差异(P<0.05);Western印迹结果显示,跑台运动减少了海马组织中凋亡相关蛋白质胱天蛋白酶3、胱天蛋白酶9和Bax的表达(P<0.01);降低了TXNIP(P<0.01)和焦亡相关蛋白质NLRP3、GSDMD-N、IL-1β、IL-18、切割胱天蛋白酶1和 胱天蛋白酶1的表达(P<0.05);减少了坏死性凋亡相关蛋白质p-RIPK1、RIPK1、p-RIPK3、RIPK3的表达(P<0.05)。加入p38抑制剂后,跑台运动联合p38抑制剂干预更进一步地抑制了胱天蛋白酶3、TXNIP、GSDMD-N、IL-18的表达(P<0.05),胱天蛋白酶9、Bax、NLRP3 、IL-1β、切割胱天蛋白酶1、胱天蛋白酶1的表达水平也呈现下降趋势;RIPK1、p-RIPK3的表达显著增加(P<0.05),p-p38、p-RIPK1、RIPK3的蛋白质表达水平呈上升趋势。综上所述,跑台运动干预可有效改善2型糖尿病小鼠的认知功能障碍,其作用机制部分是通过p38 MAPK信号通路调控细胞泛凋亡。

为应对世界范围内的COVID-19疫情,假尿苷(Ψ)修饰的体外转录mRNA(Ψ-IVT-mRNA)被授权应用于SARS-Cov-2 mRNA疫苗。最近,Ψ-IVT-mRNA被发现在翻译蛋白质时发生核糖体“滞顿”,导致+1核糖体移码,在体外和体内翻译出异常的蛋白质。在接种SARS-Cov-2 mRNA疫苗的人群, 这种异常蛋白可能激发脱靶T细胞反应或抗体反应或产生其它意想不到的副作用。这一发现对研制有效“安全”的mRNA疫苗/药物有“警示”和指导意义。

细胞内存在多种类型的RNA分子,在调控细胞进程中各自发挥着重要的作用。RNA修饰是在RNA分子上添加化学基团,修饰基团可以改变RNA稳定性、结构和功能,RNA修饰使RNA的功能和作用具有多样性。在氧化应激条件下,8-羟基鸟嘌呤是一种标志性的RNA氧化修饰形式。RNA的结构与功能都可能会受到8-羟基鸟嘌呤修饰的影响,RNA 8-羟基鸟嘌呤修饰发生可以通过诱导RNA链断裂、碱基脱落等方式影响RNA的结构与功能。研究表明,RNA中8-羟基鸟嘌呤修饰水平可以作为疾病发展的评估指标。随着RNA修饰研究的深入,对 RNA 8-羟基鸟嘌呤修饰的研究也日益受到重视。本文主要对RNA 8-羟基鸟嘌呤修饰的生成、RNA 8-羟基鸟嘌呤修饰的生物学功能、RNA 8-羟基鸟嘌呤修饰修复调控相关蛋白质分子、8-羟基鸟嘌呤修饰RNA分子检测技术,以及RNA 8-羟基鸟嘌呤与神经性疾病和癌症等疾病的关系研究进展进行综述,旨在为RNA修饰的生物学功能和8-羟基鸟嘌呤修饰RNA在疾病中的潜在作用研究提供思路和启示。

在高等生物的进化过程中,mRNA的3′ 非翻译区(3′ untranslated region, 3′ UTR)序列显著增加,提示3′UTR在生物功能调节中可能发挥重要作用。我们发现狭缝引导配体1(slit guidance ligand 1, SLIT1) 3′UTR在肥厚型心肌病(HCM)患者心肌中水平降低,但其对肥厚心肌中血管功能调节的作用机制不清楚。利用腺病毒介导在主动脉内皮细胞(human aortic endothelial cells,HAECs)中过表达SLIT1 3′UTR,检测HAECs中一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthases,eNOS)和血管内皮生长因子A(vascular endothelial growth factor, VEGFA)表达。分别采用划痕实验和基于Matrigel胶的管腔形成实验检测HAECs的迁移和成管腔能力。结果发现,过表达SLIT1 3′UTR会升高HAECs中p-eNOS、eNOS和VEGFA水平(P<0.01),并促进HAECs迁移和成管腔能力(P<0.01)。生物信息学预测提示,SLIT1 3′UTR上有多个微RNA(miRNA)的潜在结合位点,反义RNA纯化技术(RNA antisense purification, RAP)筛选和利用Ago2抗体进行(RNA结合蛋白质免疫沉淀 (RNA binding protein immunoprecipitation, RIP)结果显示,SLIT1 3′UTR与miR-34a-5p存在结合作用,而过表达SLIT1 3′UTR的HAECs中miR-34a-5p水平显著降低(P<0.05)。Western 印迹结果证实,miR-34a-5p可逆转过表达SLIT1 3′UTR对去乙酰化酶SIRT1的上调作用(P<0.05)。在HAECs中转染miR-34a-5p和si-SIRT1,可一致地抑制过表达SLIT1 3′UTR引起的p-eNOS、eNOS和VEGFA增加(P<0.05, P<0.01),及促进HAECs迁移和成管腔的能力(P<0.01, P <0.001)。因此,SLIT1 3′UTR可以特异性吸附miR-34a-5p,通过miR-34a-5p/SIRT1轴发挥促进内皮细胞迁移和管腔生成的作用。

p53是人体重要的肿瘤抑制因子,研究发现,p53在近一半的肿瘤中均发生了突变。突变p53(mtp53)发挥着促进肿瘤的作用,在肿瘤免疫中扮演着关键角色。研究证明,mtp53通过多种机制参与机体肿瘤免疫过程中的诸多环节。本文介绍了mtp53的结构和功能,并进一步探讨了mtp53对肿瘤免疫分子机制的调控,重点阐释了mtp53在促进肿瘤免疫逃逸、促进机体氧化应激、调控肿瘤相关炎症信号网络和肿瘤浸润免疫细胞募集以及分化4个方面的分子机制。最后,本文总结了mtp53对肺癌、三阴性乳腺癌和结直肠癌免疫微环境的影响,以及mtp53在癌症PD-1/PD-L1抑制剂治疗中的应用进展,以期为表达mtp53癌症的免疫治疗提供合适的方向和选择。

p53是细胞内最重要的抑癌基因之一,超过50%的人类肿瘤存在以错义突变为主的p53基因变异,导致肿瘤细胞中突变体p53蛋白的产生和积累。除了丧失正常的生物学功能、并通过显性负效应抑制野生型p53的转录活性和肿瘤抑制能力,越来越多的研究表明,突变体p53的“功能获得(gain-of-function)”是其促进肿瘤进展和转移的重要途径。翻译后修饰是调节p53分子功能的关键方式,对野生型p53及不同类型突变体p53的调控表现出普遍性和特异性的双重特征,是靶向突变体p53进而逆转肿瘤的新兴潜在靶点。本文以突变体p53的翻译后修饰为切入点,对突变体p53通过“功能获得”参与肿瘤发生发展的过程、翻译后修饰对突变体p53的调控机制,以及靶向突变体p53及其翻译后修饰在肿瘤治疗中的应用做一综述。此外,我们还讨论了突变体p53在肿瘤生物学研究中尚未解决的问题,并对未来的研究方向进行了展望。本综述旨在系统概括翻译后修饰对突变体p53“功能获得”的调控和在肿瘤发生发展中的意义,为开发基于靶向突变体p53翻译后修饰的肿瘤干预策略提供依据。

细胞周期检测对于了解细胞增殖状态、细胞功能研究、药物筛选与评估等领域具有重要意义。流式细胞仪分析细胞周期是目前较为经典且广泛应用的检测手段之一。碘化丙啶(propidium iodide,PI)单染是最常用的基于流式的检测细胞周期方法,然而,该方法在使用过程有诸多处理因素会对检测结果造成影响。此外,不同免疫细胞亚群在不同细胞周期阶段的分布差异也有助于研究免疫反应,了解疾病状态。本文以B16-F10细胞系为例,采用PI单染法,从固定条件、上机条件和软件分析3个角度,评价多种处理因素对细胞周期检测结果的影响。根据结果分析,在进行细胞周期检测时,建议取3 × 10⁶个细胞,用300 μL 预冷PBS重悬细胞后逐滴滴入700 μL预冷的无水乙醇,放置于4℃或-20℃过夜固定,低速收样,收样速率为每秒400~600 颗粒数,去黏连后需收集至少3 000个细胞。另外,通过EdU、PI双指标染色可以精确划分细胞周期,而细胞表面标志物染色联合Ki-67和PI染色法,可在不进行细胞分选的情况下进行不同免疫细胞亚群周期分析。本文较为系统的探讨了PI单染法检测细胞周期的影响因素,提供了标准的实验操作流程。建立了EdU联合PI检测细胞周期和针对不同免疫细胞亚群周期分析方案,拓宽了细胞周期检测方式。

胃肠道肿瘤发病率逐年上升,其病死率在我国癌症中位居前列,严重危害国民健康。只有提前预防加有效治疗双管齐下,才能更好地降低癌症负担。铁死亡是一种铁依赖的,区别于细胞凋亡、坏死、自噬的细胞程序性死亡方式。近几年,肿瘤耐药性的增加引起了学者对诱导癌细胞铁死亡的兴趣,因为铁死亡固有的生理功能之一就是肿瘤抑制。铁死亡受到氧化系统和抗氧化系统的平衡调节,谷胱甘肽过氧化酶4(glutathione peroxidase 4,GPX4)是抗氧化系统的核心因子之一,在多种恶性肿瘤中异常表达,与肿瘤的不良生物学行为相关。在胃肠道肿瘤中,GPX4表达异常,并参与肿瘤的发生发展、治疗和耐药。作为胃肠道肿瘤中许多分子的作用靶点(例如小分子化合物、miRNA和纳米反应器等),GPX4在多个水平上受到调节,并参与调控多种复杂的信号通路。以GPX4为靶点的策略有望成为治疗胃肠道肿瘤的新途径。本文就GPX4在胃肠道肿瘤中的国内外研究进展进行综述,阐明其分子调控机制和目前的药物研究进展,为胃肠道肿瘤的研究及防治提供新的思路。

尿道下裂以尿道口位置异常为特征,是男性中第二常见的先天性异常疾病。其发病率逐年上升,成为我国第四大出生缺陷疾病,不仅给患者带来了生理和心理上的双重困扰,其手术修复和长期的术后管理也占用了大量的社会经济及医疗资源。尿道下裂既可以是孤立性的,也可以作为综合征的一种表现形式存在。现阶段,用于定义和评估尿道下裂的方法多种多样,为了护理和手术方法的标准化,制定统一的分类标准势在必行。在人类中,阴茎结构的正常发育经历了早期的雄激素非依赖性阶段和晚期的雄激素依赖性性分化阶段,除了遗传改变外,内分泌或外部环境的影响,都可能导致阴茎发育基本要素的损伤或缺失,进而诱发尿道下裂。因此,该病是遗传、内分泌、环境因素及其相互作用的结果,通常认为遗传因素比其他因素更为重要。本文基于不同的人群队列,主要从经典遗传的基因变异方面来阐明尿道下裂的发病原因,回顾了影响生殖结节生长和分化、性腺发育和睾丸分化、雄激素和雌激素产生等正常生物学过程的相关基因,涉及了基因多态性、单核苷酸多态性和拷贝数变异等多种遗传变异,在此基础上总结了与人类尿道下裂相关的候选基因。本文将为尿道下裂的筛查、干预及临床治疗提供理论依据,为提高出生人口质量做出贡献。

CRISPR/Cas是原核生物在进化过程中获得的一种免疫防御系统,用于抵抗外来遗传物质的入侵,近年来被开发成为高效的基因编辑、基因调控以及分子诊断工具。其可编程靶向机制揭开了利用该系统进行基因组操作的序幕,并允许在活性范围内实现动态调节和控制基因表达。作为现有基因修饰手段中灵活性最强和成本最低的技术之一,已被广泛应用于临床疾病治疗、工农业生产、可持续染料开发和化学品加工等领域。随着对CRISPR/Cas系统的不断深入挖掘和探索,大量研究报道了gRNA工程改造及优化方法,包括改变间隔序列长度、调节恒定区和可变区的结构、向末端或中间延伸添加额外功能序列及化学合成修饰等,以期降低脱靶突变率,提高作用效率,充分激发CRISPR基因操纵工具在生物医学方面的潜力。基于此,本综述将介绍CRISPR/Cas9和CRISPR/Cas12系统中gRNA工程化设计方法及应用研究的最新进展,分析探讨了当前工程化gRNA技术面临的机遇和挑战,旨在为获得性能更加优异的gRNA提供思路和方向,从而提高利用CRISPR/Cas系统探测人类细胞基因组的能力,进一步为可编程生物学带来更多可能性。

自噬(autophagy)是一种进化上高度保守的细胞降解过程,它可以完成细胞成分的基本周转,并提供能量和大分子前体以维持生物体的代谢与平衡。近年研究发现,细胞自噬水平的失调与多种疾病的发生和发展密切相关,这一点已在多种疾病动物模型中得到验证。过高或不足的自噬水平都可能导致疾病。运动作为一种与能量代谢及细胞内环境变化密切相关的活动,与细胞自噬过程之间有密切关联。而运动对自噬的调节是一个双向的过程。对于自噬不足或过度引起的疾病,运动可以恢复其正常的自噬功能,并起到改善、延缓疾病进展的作用。当前,对于运动调控疾病背景下异常的自噬水平的理论及机制尚缺乏充分的阐述。深入探索和讨论运动对疾病中异常自噬水平的调节,将有助于我们拓展视野,为更全面地理解运动在预防和改善各种与自噬相关的疾病过程中的潜在机制和作用。因此,本综述分析概括总结了运动改善疾病中过高或不足的自噬水平及运动对疾病的缓解效果,梳理了运动与自噬的双向调控关系,并进一步提炼归纳了运动调控异常自噬水平所涉及的相关信号通路。这为探究运动促进健康的机制及理清运动调控自噬之间的关系提供理论依据与参考。

染色体在细胞核中的空间构象对于基因的表达、DNA的复制、DNA的损伤修复以及基因的稳定性具有至关重要的作用,了解染色体在细胞核中的空间构象是研究疾病发生发展的关键所在。但目前对于染色体空间构象的变化规律的认识依然不足,束缚了对染色体空间构象与疾病关系的研究。其主要原因在于高分辨率研究染色体空间构象的技术有待进一步发展与完善。本文简要介绍了染色体的基本空间组织结构,并详细介绍了非活体细胞染色体空间构象研究技术荧光原位杂交技术(FISH)和染色体构象捕获技术(3C及其衍生技术)的应用及相关研究成果。为了能够更加准确地实时观察染色体的空间构象及其动态变化,采用活体细胞进行研究势在必行,因此,本文又详细介绍了基于荧光显微技术的定位追踪技术,以及染色体动力学追踪技术在染色体空间构象研究方面的应用及相关成果。最后,针对各种技术的优缺点,本文对目前各种技术研究染色体空间构象存在的问题以及对今后的研究方向给出了建议。

糖尿病肾病(diabetic nephropathy, DN)是糖尿病患者死亡的主要驱动因素,其患病率在全球范围内呈上升趋势。DN的发生发展与复杂的慢性低度炎症密切相关。在糖尿病患者中,高血糖和高血脂会导致损伤相关分子模式的释放,触发Janus 激酶/信号转导与转录激活子3(Janus kinase/signal transducer and activator of transcription 3, JAK/STAT3)、核因子-κB(nuclear factor kappa-B, NF-κB)、磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol-3-kinase, PI3K)-蛋白质激酶 B(protein kinase B, PKB或Akt)等促炎细胞信号通路的活化,以及白介素-1(interleukin-1, IL-1)、IL-6和肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)等促炎细胞因子的产生,这些促炎因子是导致肾损伤的关键致病介质,从糖尿病的初始阶段到晚期肾衰竭中均发挥着多重作用。迷走神经是自主神经系统的关键组成部分,其通过介导胆碱能抗炎通路(cholinergic anti-inflammatory pathway, CAP)发挥抗炎作用。在DN时,迷走神经活性下降,胆碱能抗炎系统受损,促炎与抗炎反应失调,肾的炎症和损伤加重。而利用神经免疫相互作用,通过迷走神经刺激术激活CAP,则可调控炎症信号通路及炎性细胞因子,改善DN的炎症和损伤状态。本文将对炎症细胞因子和炎症信号通路在DN发生发展中的作用,以及迷走神经活化的胆碱能抗炎通路对DN的改善作用进行综述,以期为DN等慢性炎症相关疾病的治疗策略研究及应用提供理论基础。

识别关键蛋白质对疾病治疗、药物设计等领域有重要作用。本文首先采用5种节点重要性排序算法,对4种酵母菌PPI网络进行关键蛋白质识别,并通过分析不同网络之间共有的关键蛋白质,构建了关键蛋白质子网。再通过杰卡德相似度指标,筛选出子网中拓扑特征相似的关键蛋白质对,发现4种网络中存在Gavin-EPG 1、Gavin-EPG 2、Babu-EPG 1、Babu-EPG 2、LCMS-EPG、MALDI-EPG共6个核心蛋白质组。尽管它们大都是核糖体蛋白质,然而不同的酵母菌PPI网络中核心蛋白质组中蛋白质的组成差异很大。本文所发现的关键蛋白质以及核心蛋白质组对进一步研究核糖体上蛋白质如何相互作用影响肽链的合成以及折叠提供了重要的理论参考。