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    综述
  • 赵伟,刘庆平
    中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(9): 923-930. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.09.01
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    抗磷脂综合征(antiphospholipid syndrome, APS)的临床特征为动静脉血栓形成或习惯性流产。血清学特征为抗磷脂抗体(antiphospholipid antibody, aPL Ab)持续阳性等。目前,对APS治疗的主要方法为针对血小板的抗凝血治疗。然而,治疗过程中抗凝强度和持续时间难以把握,且对中风等重度患者疗效甚微。β2糖蛋白Ⅰ(β2 glycoprotein I, β2-GPI)是一种可与阴性磷脂结合的血浆糖蛋白,由5个结构域组成。第5结构域在与氧化低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein, oxLDL)等阴性磷脂结合后,改变自身构象并暴露位于第1结构域的抗原位点,随后被自身抗体特异性识别形成三元抗体复合物,激活血栓形成相关信号通路,促进APS的发生发展。因此,深入研究β2-GPI的分子结构及其在APS发生发展中的作用具有重要意义。本文对β2-GPI的结构,β2-GPI抗体复合物的形成过程,及其在APS发生发展和治疗诊断中的作用进行了阐述。最后,以β2-GPI为基础对APS的诊断和治疗方向进行了展望,旨在为β2-GPI作为APS精准治疗靶点药物的研发提供一定的参考。
  • 杜欣娜,戚家峰,张虎
    中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(9): 931-938. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.09.02
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    文库筛选技术广泛应用于生命科学研究各领域,加速了生物医药基础科研和临床实践的进展。本文对基于CRISPR-Cas9的文库类型和应用进行综述。CRISPR-Cas9文库包括敲除、活化和抑制文库。敲除文库通过Cas9/sgRNA靶向切割DNA序列,产生移码突变进行基因敲除。活化文库包括两种:一种是dCas9/sgRNA与转录活化蛋白质融合,例如dCas9-SAM,dCas9-SunTag和dCas9-VPR系统;另一种是dCas9与表观遗传修饰酶融合,例如dCas9-Tet1和dCas9-p300系统。CRISPR-Cas9抑制文库通过dCas9与表观遗传修饰蛋白质融合,抑制转录,例如dCas9-KRAB和dCas9-Dnmt3a系统。目前,CRISPR-Cas9文库广泛用于功能基因筛选、药物靶点和耐药靶点筛选、病毒靶点筛选和揭示信号通路,并在基因互作筛选及揭示顺式调节元件功能等方面初步展现其优势。CRISPR-Cas9文库优势在于其设计灵活、操作便捷、筛选高效。伴随基因编辑系统的研发,新的筛选文库靶向性和突变将更加精准,应用将更加拓展和深化。基于CRISPR-Cas9筛选文库不仅可以筛选病理和生理过程中的关键基因和非编码DNA,还可以揭示其发挥功能的分子机制,是剖析生命复杂调控网络的手术刀。

  • 代楚君,王筝扬,沈静
    中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(9): 939-944. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.09.03
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    信号传导与转录活化因子3(signal transducers and activators of transcription, STAT3)信号通路参与细胞因子及生长因子介导的信号转导。STAT3的持续激活与多种肿瘤的发生发展密切相关。STAT3可影响以DNA及组蛋白修饰为主的表观遗传修饰的异常调控:一方面,表观遗传修饰相关酶类可受到STAT3的转录调节;另一方面,STAT3可与其形成功能复合物调控其下游基因表达。STAT3的非磷酸化形式亦可直接影响局部表观遗传修饰。STAT3通过与表观遗传修饰系统的相互作用,可影响局部染色质构象,参与下游关键基因的转录调节,也可维持自身信号通路在肿瘤中的持续活化。阐明STAT3信号通路与表观遗传修饰异常的调控关系,将有助于进一步明确相关肿瘤的发病机制,为临床治疗提供新途径。
  • 田园梁子,成星熠,杨明耀
    中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(9): 945-951. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.09.04
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    液泡ATP酶(vacuolar ATPases,V-ATPases)是真核细胞中高度保守的一类大型多亚基复合物,广泛分布于质膜及溶酶体、内体、囊泡等细胞内膜系统,能够借助水解ATP产生的能量控制H+的跨膜转运。V-ATPases通过对细胞内外多种结构的酸化作用调控着一系列重要的细胞活动,如膜运输、蛋白质加工和降解等。近年来,V-ATPases在肿瘤形成中的功能正逐渐成为研究热点。本文重点综述了V-ATPases通过调控细胞内外环境pH,从而在肿瘤发生过程中所行使的多种功能,例如V-ATPases抑制肿瘤细胞凋亡,参与肿瘤细胞自噬,促进肿瘤的侵袭、迁移与增殖,以及参与肿瘤耐药性的产生等。阐明V-ATPases在肿瘤中的作用机制有望为肿瘤治疗策略的探索、新型药物的开发以及相关科学研究的开展提供参考。
  • 刘炎,黄耀伟
    中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(9): 952-959. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.09.05
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    猪肠道冠状病毒是目前危害养猪产业的重要病原。目前已发现能够感染猪肠道的致病性冠状病毒有4种:猪传染性胃肠炎病毒、猪流行性腹泻病毒、猪丁型冠状病毒和猪肠道甲型冠状病毒。冠状病毒感染宿主的第一步是识别宿主细胞膜受体分子并与之结合,随后启动入侵及膜融合进而使病毒基因组进入宿主细胞内部。因此,冠状病毒受体是决定其宿主范围及组织嗜性的关键因素。确定冠状病毒受体及病毒与受体的结合机制对预防新发病毒及开发冠状病毒治疗性药物具有重要意义。猪传染性胃肠炎病毒利用猪氨基肽酶N(aminopeptidase N,APN)作为感染宿主的功能性受体,并利用唾液酸作为辅助结合因子。猪APN最初也被鉴定为猪流行性腹泻病毒的功能性受体,但近年的研究结果与前面的报道存在较大的差异,产生了较大的争议。最近的研究认为,猪丁型冠状病毒的功能性受体也是APN,并且猪丁型冠状病毒能够利用多个物种的APN作为功能性受体,这与其跨物种传播具有密切关系。最新发现的猪肠道甲型冠状病毒则不使用APN作为其入侵受体。本文综述了前面3种猪肠道病毒感染宿主细胞的受体及结合机制的研究进展,并比较分析了猪APN及唾液酸在不同猪肠道冠状病毒入侵宿主过程中结合方式的异同,为进一步研究新发猪肠道冠状病毒受体提供参考。
  • 黄蓉,段燕文,朱湘成
    中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(9): 960-967. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.09.06
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    放线菌是活性天然产物和抗生素药物的重要来源。利用合成生物学高效地开发其中丰富的天然产物资源,将为加速新药开发奠定坚实的基础。CRISPR/Cas9作为一种多功能基因编辑系统,因其便捷高效而被广泛应用于真核生物的遗传操作。但在原核生物尤其是放线菌中的应用仍处于起步阶段,机遇和挑战并存。本综述总结了目前CRISPR/Cas9系统在放线菌基因编辑和调控,以及活性天然产物的产量提升、生物合成机制解析和资源开发等方面的研究进展。同时,也对该系统在应用中面临的包括重组修复效率低,以及靶向切割效率不足等关键挑战进行了分析,并提出了相应的优化解决方法。随着CRISPR/Cas9在放线菌应用中的不断完善和发展,将极大地推动放线菌的合成生物学研究,促进其中天然产物资源的有效挖掘和应用开发。
  • 研究论文
  • 雷冰冰,袁昕,马周聪,宋炯,庄雪珂,吕辰飞,杨海杰
    中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(9): 968-974. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.09.07
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    RNA结合模体蛋白3 (RNA binding motif protein 3, RBM3) 受低温应激产生,参与介导亚低温的神经保护功能,但其作用机制及其下游靶分子尚不清楚。本研究构建了人RBM3基因的重组表达质粒,运用一种新型的、非放射性方法即翻译表面感应 (surface sensing of translation, SUnSET) 来检测RBM3过表达对细胞总蛋白质合成(global protein synthesis, GPS)的影响。结果显示,RBM3过表达使细胞总蛋白质的合成水平上调23.7% (P < 0.001),这与RBM3过表达引发的真核翻译延伸因子2 (eukaryotic translation elongation factor 2, eEF2)及真核翻译起始因子2α (eukaryotic initiation factor 2α, eIF2α) 的活性增高相一致。对RBM3可能的下游靶基因内质网蛋白3 (reticulon 3,RTN3),以及Yes相关蛋白1 (Yes-associated protein 1,YAP1) 的表达进行分析。结果显示,RBM3使RTN3及YAP1在蛋白质水平的表达分别提高了51.7% (P < 0.01) 与43.3% (P < 0.01)。与蛋白质水平变化相比,RBM3使YAP1在mRNA水平上调了2.0倍 (P < 0.001),但对RTN3的mRNA表达未见显著影响。以上研究表明,SUnSET是一种稳定、可靠的细胞GPS的检测手段;RBM3可显著促进细胞GPS,且对其下游基因RTN3和YAP1存在靶向关系。本研究的结果为深入探讨RBM3的神经保护作用机制提供了理论基础。
  • 唐子华,陈加荣,丁洁,陈建玲,王翠翠,王金福
    中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(9): 975-985. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.09.08
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    应用CRISPR-Cas9系统对人诱导多能干细胞(human induced pluripotent stem cells, hiPSCs)进行基因编辑,为疾病模型的建立、致病机制研究、药物筛选及基因校正治疗疾病提供了更广阔的平台。相对于CRISPR-Cas9介导的基因敲除,应用该系统介导的同源重组实现基因点突变或突变校正效率要低、且难度偏大。为了实现对MYO7A杂合点突变(c.4118C>T)的人iPSCs的点突变校正,本文构建了表达maxGFP的pX330质粒。针对需校正的突变位点,设计5组识别序列并连接到maxGFP-pX330中构建靶向质粒。将5组打靶质粒分别转染HEK 293FT细胞48 h,细胞表达GFP;测序结果显示,MYO7A基因相应位点出现杂峰,表明打靶质粒具有打断活性。将同源模版单链寡核苷酸链(single-stranded DNA oligonucleotides, ssODN)与打靶质粒共同电转入人iPSCs后48 h,经流式分选出(5.8±2.2)%的细胞表达GFP。分选后细胞行单克隆扩增并测序。结果显示,打靶质粒1和ssODN组合对点突变校正未成功;打靶质粒2、3、4、5与ssODN组合均获得了校正后的细胞株。本研究表明,打断位点是影响同源重组校正效率的关键因素。当应用CRISPR/Cas9(或其它核酸酶)介导的同源重组进行基因编辑操作时,可以同时选择多个打靶位点造成基因组不同位置上的双链打断(double-stranded break, DSB)位点,以获得目的单克隆细胞株。本研究为应用CRISPR-Cas9系统对人诱导多能干细胞进行基因编辑提供了有力参考。
  • 郭学强, 郗玲玲, 王亚豪, 郭跃东, 张照可, 徐存拴, 陈广文
    中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(9): 986-995. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.09.09
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    急性肝[功能]衰竭(acute liver failure, ALF)是一种危害较大的肝疾病,因其诱发和影响因素众多,导致其发生和发展机制尚不完全清楚。本文构建了四氯化碳(CCl4)诱导的大鼠ALF模型,通过检测血清ALT和AST活性、肝系数及形态结构进行建模评估,用大鼠基因组 230 2.0芯片和生物信息学方法检测和分析了相关基因表达变化,用qRT-PCR和Western印迹检测了其机制相关基因在mRNA和蛋白质水平的表达变化。结果表明,本研究成功建立了可靠的大鼠ALF模型。检测发现,6 681个基因发生了有意义的表达变化。其中,4 819个基因与ALF相关。在急性肝[功能]衰竭过程中,细胞存活、增殖和分化等生理活动及IL-1、IL-6和IL-8等信号通路的信号传导活性增强,而细胞凋亡以及p53、ATM和AMPK等信号通路减弱。基于本文结果推测,在ALF的损伤和进展阶段,炎症因子IL-1R1、TNFR1和TNFR2等通过IL-1α→IL-1R1→→MAPK8→FOS/JUN途径和/或TNF-α→TNFR1/B→→ NF-κB→→ Caspases途径促进细胞凋亡、炎症反应和免疫应答;抑癌基因TP53在进展和恢复阶段,通过p53途径调节细胞凋亡;TNF-α和IL-10在恢复阶段,通过NF-κB、JAK-STAT和MAPK等信号通路激活增殖相关基因表达,促进肝细胞增殖。本文推测,在CCl4诱导的急性肝[功能]衰竭中,IL-1R1、TNFR1、TNFR2、CASPASE3、TP53、PCNA和NF-κB等基因发挥重要作用。本文为了解急性肝[功能]衰竭的发生和发展机制提供了有用的信息。
  • 王思源, 向思琦, 王雅妮, 朱林, 朱柳, 向明钧
    中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(9): 996-1005. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.09.10
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    凋亡抑制蛋白-2(inhibitor of apoptosis protein-like protein-2, ILP-2)是新发现的凋亡抑制蛋白质,其抑制肿瘤细胞凋亡促进其生长的分子机制有待阐明,而细胞外基质蛋白1(extracellular matrix protein 1, ECM1)所介导的信号通路与肿瘤细胞的生长密切相关。本研究通过免疫共沉淀法,检测到乳腺癌MCF-7细胞中ILP-2与ECM1(P85)存在相互作用。分别用化学合成的ILP-2-siRNA及ECM1-siRNA干扰处理MCF-7细胞。以未转染的MCF-7细胞和转染阴性对照siRNA的细胞分别作为空白和阴性对照,利用蛋白质印迹法,检测ILP-2-siRNA干扰后ECM1、FAK、Akt蛋白的表达,以及ECM1-siRNA干扰后ILP-2蛋白的表达。其结果显示,与空白对照组相比,ILP-2-siRNA-5 (0.32 ± 0.095)及ECM1-siRNA-1 (0.42 ± 0.024)干扰效率较高(均P<0.001);ILP-2-siRNA-5组待测蛋白质的相对表达量均显著下调 (ECM1, 0.19 ± 0.013, P<0.001), FAK (0.64 ± 0.069, P<0.01), Akt (0.35 ± 0.120, P<0.01)),ECM1-siRNA-1组ILP-2 (0.48 ± 0.060) 蛋白表达也显著下调,表明ILP-2与ECM1-mTOR信号通路联系密切。分别在ILP-2-siRNA和ECM1-siRNA转染24、48和72 h时,使用CCK-8法检测乳腺癌细胞的增殖,并用TUNEL标记荧光法和吖啶橙/溴化乙啶双荧光染色法(AO/EB)检测其凋亡。结果显示,与空白对照组相比,ILP-2-siRNA-5组和ECM1-siRNA-1组的存活率均显著下降(P<0.001),凋亡率均明显升高(P<0.001)。利用共转染技术同时敲低ILP-2和ECM1表达,检测细胞的凋亡情况。结果显示,在干扰处理后24 h(0.55±0.122),48 h(0.80 ± 0.107)和72h(0.73 ± 0.091)的凋亡率显著均高于阴性对照组(P<0.05)。但与只敲低ILP-2或ECM1相比,无显著性差异(P>0.05)。表明ILP-2可能是通过与ECM1作用激活FAK-mTOR信号通路,影响MCF-7细胞的增殖和凋亡,对乳腺癌细胞MCF-7的生长发挥了积极的作用。
  • 黄燕,霍静,裴晋红,栗学清,汪军梅,宋丽华
    中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(9): 1006-1012. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.09.11
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    为探讨成骨分化的主要调节因子Runt相关转录因子2(Runt-related transcription factor 2, Runx2)在白藜芦醇(resveratrol,RSVL)诱导小鼠骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cell,BMSCs)向成骨细胞分化中的作用,以及以Runx2为研究起点,通过生物信息学分析方法以表明白藜芦醇诱导BMSCs向成骨分化的可能机制。本研究用不同浓度的RSVL(10-9 mol/L /10-7 mol/L)作用小鼠骨髓间充质干细胞 8 d。实时逆转录-聚合酶链反应及Western印记法检测Runx2的mRNA和蛋白质表达水平。生物信息学方法分析及预测鼠Runx2蛋白的性质及特征。结果表明,与对照组相比,10-9 mol/L、10-8 mol/L、10-7 mol/L 白藜芦醇诱导Runx2的mRNA表达水平分别增加6%(P> 0.05)、30%(P< 0.01)、49%(P< 0.01);与对照组相比,10-9 mol/L、10-8 mol/L、10-7 mol/L 白藜芦醇诱导Runx2蛋白表达水平分别增加12%(P> 0.05)、72%(P< 0.01)、94%(P< 0.01)。由此可见,白藜芦醇可显著上调BMSCs中Runx2的mRNA和蛋白质表达水平(P< 0.01),且10-7 mol/L的白藜芦醇诱导作用最强。生物信息学预测得知,Runx2属于碱性不稳定蛋白质;二级结构中无规卷曲占主导;存在102个潜在的磷酸化位点、97个潜在O-糖基化位点和8个N-糖基化位点;Runx2具有利于蛋白质间相互作用的结构特点;P1启动子区潜在的转录因子结合位点共28处。疏松的结构特征、丰富的修饰位点及多种转录因子结合位点为探讨白藜芦醇诱导BMSCs的分子机制提供参考。
  • 石磊,崔昊, 杨付梅, 路青瑜, 李娇, 孙黔云
    中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(9): 1013-1020. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.09.12
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    免疫性疾病、急性肺损伤、缺血再灌注损伤等病征的发生与补体异常激活密切相关。抗补体药物研究是新药开发的热点之一。本研究旨在从中华眼镜蛇毒中发现并分离纯化获得新的抗补体活性蛋白质,并对其理化性质和生物学活性加以研究。在抗补体活性追踪的指导下,采用蛋白质层析技术对眼镜蛇毒进行分离纯化;利用MALDI-TOF-MS、SDS-PAGE和葡聚糖凝胶过滤法测定目标蛋白质的纯度及分子量;等电聚焦凝胶电泳法测定其等电点;采用Edman降解法测定目标蛋白质的N-端氨基酸序列;测定目标蛋白质对补体经典途径和旁路途径的抑制活性以及可能的机制;采用MTT法和SRB法检测目标蛋白质对肿瘤细胞的杀伤作用;测定目标蛋白质对多种来源红细胞的溶血活性;采用KB平板扩散法检测抗菌活性。结果表明,通过SP Sephadex C-25阳离子交换层析和RP-HPLC C18反相层析,从中华眼镜蛇毒中分离纯化获得一个均一的抗补体蛋白质,将其命名为CTX-CI。还原性SDS-PAGE测得CTX-CI的表观分子量为12.7 kD,凝胶过滤法测得分子量为9.7 kD,MALDI-TOF-MS测得精确分子质量为7.0 kD;变性条件下测得CTX-CI的等电点为9-81;N-端氨基酸序列为LKCH。相关活性测定结果表明,CTX-CI能有效抑制人血清补体经典途径,其IC50为0.046 g/L,但对补体旁路途径无明显抑制作用;机制研究表明,CTX-CI能抑制补体经典途径C3转化酶的形成。同时,CTX-CI对肿瘤细胞株A549、K562和MCF-7细胞表现出抑制作用,其IC50分别为0.32 g/L、0.58 g/L、0.63 g/L;对豚鼠红细胞有轻微的溶血作用;能抑制枯草芽孢杆菌和藤黄微球菌的生长。综上所述,本研究从中华眼镜蛇毒中分离纯化出一个新的抗补体蛋白质CTX-CI,其理化性质和生物学活性表明其属于细胞毒素,CTX-CI能明显抑制补体经典途径,其机制与抑制经典途径C3转化酶的形成有关。

  • 技术与方法
  • 郭明欣,张凤慧,邵学勤,赵秀娟,蔡禄,赵宏宇
    中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(9): 1021-1028. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.09.13
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    核小体是真核生物染色质的基本组成单元。核小体的解聚可以动态调控诸如DNA复制、转录、重组等以DNA为模板的生物学过程。特定荧光探针分子与蛋白质疏水残基结合后可被激发荧光信号。荧光热漂移(fluorescence thermal shift,FTS)是一种利用该原理检测温度上升时蛋白质变性过程的方法。本文以Widom 601序列为DNA模板,盐透析法体外装配核小体;分别在实时荧光定量PCR仪的VIC和TAMRA通道激发下,利用FTS检测了核小体在Tris-NaCl(TN)缓冲液和HEPES缓冲液中的解聚状态。研究结果发现,DNA对照序列在TN缓冲液中产生的背景噪声较大,VIC通道激发下组蛋白八聚体产生的荧光信号相对较强。FTS检测核小体的结果显示,随着温度的上升核小体的解聚过程分为2个阶段,~71℃和~84℃是核小体解聚速度最快的温度范围,而75℃~80℃是降解速度较慢的阶段。基于FTS基本原理,本研究发展了一种新颖的可用于检测核小体结构稳定性的方法,为核小体与染色质结构相关问题的研究奠定了一定的技术基础。

  • 曾家豫,张蕾,翟蒙,许金苓, 袁红霞,王维君, 陈聪盈, 田彩平, 廖世奇
    中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(9): 1029-1036. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.09.14
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    肝癌位于我国肿瘤死亡率第2位,生存率较低。目前用于肝癌早期诊断的临床检查及血清肿瘤标志物检测的特异性与敏感性均较低,不能满足肝癌早期诊断和治疗的需要。核酸适配体与靶标分子结合的灵敏度高、特异性强,有巨大的临床诊断和治疗应用前景。本文利用双向热循环消减指数富集的配基系统进化(systematic evolution of ligands by exponential enrichment, SELEX)技术,分别以肝癌血清和健康人血清为靶标,经过19轮筛选,获得了肝癌血清特异性核酸适配体序列1 000余条,以及健康人血清特异性核酸适配体序列1 000余条,并从中各挑取了1条高丰度适配体序列,分别命名为Tc1和Tn1。采取了50例肝癌病人血清和50例健康人血清,对适配体Tc1和Tn1与靶标血清的结合特异性进行了检测。结果显示,Tc1和Tn1对两种靶标血清的检出率分别为92%和94%。说明Tc1可特异性与肝癌血清结合,Tn1可特异性与健康人血清结合。肝癌血清特异性核酸适配体的筛选获得,将为建立基于核酸适配体的肝癌血清检测新方法奠定基础。