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Nature子刊:钱永健等荧光蛋白重要突破
来自斯坦福大学的Michael Z Lin,与加州大学圣地亚哥分校的钱永健等人发表了题为"Improving FRET dynamic range with bright green and red fluorescent proteins"的文章,获得荧光蛋白研究的重要突破——设计了两个荧光蛋白,Clover 和mRuby2,,这两种蛋白具有迄今为止最明亮的荧光性和RFP特性。相关成果公布在Nature Methods杂志上。
来自斯坦福大学的Michael Z Lin,与加州大学圣地亚哥分校的钱永健等人发表了题为"Improving FRET dynamic range with bright green and red fluorescent proteins"的文章,获得荧光蛋白研究的重要突破——设计了两个荧光蛋白,Clover 和mRuby2,,这两种蛋白具有迄今为止最明亮的荧光性和RFP特性。相关成果公布在Nature Methods杂志上。
华裔科学家钱永健曾与另外两位科学家,由于在发现和研究绿色荧光蛋白GFP方面做出的贡献而获得了诺贝尔化学奖。Michael Z Lin在博士后期间曾在钱永健实验室学习工作,这两师徒对于荧光蛋白都有着浓厚的兴趣。荧光蛋白之间的能量共振转移FRET被广泛用于监测活细胞的生化过程,大部分以FRET为基础的报告系统都采用的是CFPS和YFPs作为荧光基团。然而,这两者在FRET上都存在问题,不少CFP-YFP报告系统会出现FRET低动力范围,CFP的激发光合复杂光动能事件,比如可逆光漂白和光电转换,还会带来光毒性。
而且许多CFP和YFP为基础的FRET报告系统会出现荧光共振能量转移的微小变化,因此当生化反应很微小,或或短暂的时候,就会造成检测的困难。如果能开发出新型的荧光蛋白,就能克服CFPs和YFPs中出现的问题。
在这篇文章中,研究人员设计了两个荧光蛋白,Clover 和mRuby2,,这两者分别具有目前为止最明亮的绿色和红色,并且具有此前没有达到的,最高的F?rster临界半径(F?rster radius)——是指每一对FRET间50%能量转移时的距离。
研究人员从Aequorea victoria GFP和RFP mRuby20入手,构建了最明亮的荧光蛋白:Clover 和最明亮RFP特性的mRuby2,这两者有更大的动态范围,以及在现有四种FRET报告基因设计中的光稳定性。
利用改进的报告系统——电压传感器,能更可靠的检测单个动作电位。此外,研究人员采用了改进的RhoA报告系统进行了验证,研究显示利用这些系统,在神经神经生长锥 ephrinA刺激回缩过程中,RhoA的活性能迅速的被检测到。
在激酶活性报告系统中利用Clover 和mRuby2替换CFP和YFP,小分子GTPase活性和跨膜电压显著提高了耐光性,FRET的动态范围和发射率变化,这些改进能提高对短暂生化事件的灵敏性。
除此之外,近期南加州大学一个研究小组利用从水母体内分离出的生物荧光蛋白,"看到"了蛋白定向地通过神经元以及大脑重建的过程。
上世纪九十年代中期,科学家从水母体内分离出绿色荧光蛋白(GFP)。GFP受到蓝光照射时,会发出亮绿色的荧光。用GFP做标记让人们能看到细胞和神经元内部的蛋白质。但因为神经元内有许多不同的、互相重叠连接的路径,至今还无法看到蛋白质在神经元内部的流动。
研究人员开发出一种新技术,让人们进一步看清了蛋白质是怎样定向进入到两种区室之一的。他们通过阻塞单条路径,使浸满了GFP的运输泡产生堆积。运输泡是一种携带膜蛋白的小泡泡,能在神经细胞内上下移动。然后用一种小分子药物,使这些堆积的发光运输泡在一次强光脉冲下突然释放。
结果发现那些携带膜蛋白质的运输泡,应该进入树突的并不是一开始就瞄准了树突区室,而是两种区室都有进入。但那些进入轴突区室的很快就停下来,被阻止进一步深入。
北京基因组所获多功能转录因子CTCF研究新进展
近日,由中科院北京基因组研究所重大疾病基因组与个体化医疗实验室"百人计划"方向东研究员项目组助理研究员渠鸿竹博士等合作开展的多功能转录因子CTCF(CCCTC结合因子-binding factor, CTCF)在染色质DNA上的结合与DNA甲基化之间相互关系研究取得新进展。相关学术论文在最新一期的Genome Research杂志发表,该成果将有助于科研人员加深对CTCF转录因子调控机制的理解和认识。
由于CTCF在真核生物中的广泛表达,其结合模式一直被认为在多种细胞类型之间保持不变。但最新研究表明:在不同的细胞类型之间,CTCF在特定位点的结合模式与结合程度是变化的。体外实验已经证明CTCF结合程度的变化与DNA甲基化程度有关,只是现阶段仍缺少体内试验的相关证据。在不同细胞类型之间,CTCF结合能力变化程度以及该变化与DNA甲基化之间的关系至今尚未阐述清楚。
渠鸿竹博士和华盛顿大学美国国立卫生研究院西北注释表观基因组绘图中心主任、华盛顿大学基因组学系副教授John A. Stamatoyannopoulis博士所领导实验室的工作人员通过近三年研究,采用基于新一代高通量测序平台的染色质免疫沉淀测序技术(ChIP-Seq),获得了12种人类正常细胞和7种肿瘤细胞在全基因组水平的CTCF结合模式图谱。通过系统的生物信息学比较分析发现:64%的CTCF结合位点至少在一种细胞中不结合CTCF。尤为重要的是,这些特异的位点结合模式可以将正常细胞与肿瘤细胞区分开来。
通过进一步分析13种细胞的甲基化DNA捕获测序数据,比较有变化的CTCF结合位点处CTCF结合程度与染色质DNA甲基化状态的变化规律,研究人员发现:41%的CTCF结合变化位点具有不同的甲基化状态,并且甲基化变化集中在CTCF识别序列内部2个重要的核苷酸位置。而且,与甲基化状态相关的CTCF结合位点在正常细胞与肿瘤细胞之间结合模式明显不同的趋势和特点,在肿瘤细胞中CTCF结合程度的减弱往往会伴随有DNA甲基化程度的增强趋势。
这样,在系统生物学的理论指导之下,利用统合的生物信息学分析手段,就可以将重要转录因子与染色质DNA之间的相互作用和染色质DNA甲基化这两个不同层次的表观基因组学数据有机地整合在一起,从中获得创新性的研究成果,既丰富了真核基因表达调控的科学理论体系,又成功地筛选获取了新的影响组织分化和肿瘤发生的表观遗传靶点,具有重要的科学研究意义和潜在的临床转化应用价值。
CTCF是一种广泛存在于真核生物中的多功能转录因子,为进化上高度保守的多锌指、DNA结合核蛋白。CTCF通过其锌指结构的不同组合,可以选择性识别多种DNA序列,并形成不同的CTCF-DNA复合体,发挥对多个基因的表达调控作用,具有启动子抑制和激活、基因沉默、增强子阻断、基因印迹调控、X染色体失活等多种生物学功能。CTCF通过靶基因来调控细胞的生理活动,在细胞生长、增殖、分化、凋亡、遗传、表观遗传以及肿瘤发生、发展等过程中起着重要的调节作用。
南大教授解析微生物-螳螂共生菌特殊组成
来自南京大学医药生物技术国家重点实验室,上海食品药品检验所等处的研究人员发表了题为"Naphthol radical couplings determine structural features and enantiomeric excess of dalesconols in Daldinia eschscholzii"的文章,揭示了特境微生物-螳螂共生菌Daldinia eschscholzii的几种炭壳菌聚酮的特殊结构来源,以及构象机理,这将有助于促进免疫抑制聚酮化合物等的人工合成。相关成果公布在Nature Communications杂志上。
文章的通讯作者是南京大学医学院院长谭仁祥教授,早年毕业于兰州大学,曾在美国加州大学海洋研究院W. Fenical实验室和瑞士洛桑大学药学院K. Hostettmann实验室做访问教授。1999年入选教育部长江学者奖励计划特聘教授,1997年获得国家杰出青年基金。主要从事植物化学与天然药物方面的科研工作。
去年谭仁祥教授研究组对特境微生物-螳螂共生菌Daldinia eschscholzii进行了深入分析,发现了这种菌的4类新骨架及6个新化合物,其中部分化合物具有很好的免疫抑制活性。免疫抑制剂在器官移植和自身免疫抑制病的治疗中有重要作用,因此这一研究对创制新型免疫抑制剂具有重要意义。
并且研究人员也发现此种共生菌IFB—TL01产生的炭壳菌聚酮(dalesconols)A和B,以及同系物C结构特殊,在这一基础上,研究人员又进一步分析了这种特殊结构,发现炭壳菌聚酮A和B,C的特殊结构和立体性均是来自1,3,6,8 -四羟基萘,1,3,8-三羟基萘和1,8-二羟基萘自由基的混杂和阻转异构选择性(Atroposelective)。
并且研究人员发现此前观察到的对映体过量(enantiomeric excess)也是由于萘酚二聚体中间体的特殊构象造成的,后者正是漆酶配体。
了解机体内简单分子如何构建,对于生物技术操作,以及研发复制天然产物的合成方法具有重要意义,这项研究进一步解析了微生物-螳螂共生菌Daldinia eschscholzii的特殊组成,对于了解免疫抑制聚酮化合物的合成提供了新的线索。
张明杰院士PNAS揭示肌球蛋白新发现
来自香港科技大学的研究人员发表了题为"Antiparallel coiled-coil–mediated dimerization of myosin X"的文章,发现了肌球蛋白X的一种不同以往认知的,反向平行卷曲-卷曲二聚体结构,研究人员认为这种二聚化也许可以帮助肌球蛋白X在单个和多束肌动蛋白微丝上行走。相关成果公布在《美国国家科学院院刊》(PNAS)杂志上。
领导这一研究的是香港科技大学张明杰教授),他的研究方向是神经细胞讯号传导及神经发育的结构生物学和生物化学机理,曾取得了一系列成果,对于治疗神经系统衰退的疾病,如中风及老年痴呆症等,有着极为重要的影响。2011年当选为中科院院士。
肌球蛋白myosins是真核细胞内的一类分子马达,对细胞的运动与传输起着重要的作用,例如肌球蛋白II就在肌肉收缩和细胞分裂的过程中扮演了重要的角色;肌球蛋白VIIa(MYO7A)就是一类在细胞体内负责运输的分子,它的功能对于人类听力毛细胞和眼睛的发育尤为重要;肌球蛋白X可以帮助发育过程中的神经元与其它神经元建立连接。
研究发现肌动蛋白微丝上的非常规肌球蛋白的进程性运动,一般都需要蛋白二聚体。关于肌球蛋白二聚体,一个被普遍接受的机制就是通过氨基酸残基羧基末端向马达杠杆臂结构域伸展,形成一个平行的卷曲-卷曲二聚体。在这篇文章中,研究人员发现,肌球蛋白X预测出现的卷曲-卷曲区域形成了一个高度稳定的,反向平行卷曲-卷曲二聚体(anti-CC)。如果通过单点突变,或者用具有相似长度的平行卷曲螺旋替换anti-CC,就会打断anti-CC。
并且在进一步实验中,研究人员发现anti-CC,以及肌球蛋白X单个α螺旋结构域,能通过一个半刚性螺旋连接器连接。
这些实验结果表明,这种anti-CC介导的二聚化也许可以帮助肌球蛋白X在单个和多束肌动蛋白微丝上行走。
关于肌球蛋白X的研究并不多,之前乔治亚医学院发育神经生物学家Wen-Cheng Xiong博士曾发现了myosin X穿行于神经元肌动蛋白丝中。DCC受体是肌动蛋白丝所运输的成分之一,DCC受体合成于细胞核,然后从细胞核移动到细胞质。
在细胞质中,DCC与netrin-1相互作用。netrin-1是一种轴突导向因子,帮助轴突沿正确的方向延伸。在发育过程早期,轴突需要生长和寻找目标,并确定生长的长度和方向,最终形成突触连接。错误的生长会影响大脑的信息传递。肌球蛋白X可以引导DCC受体到达正确的地方,使DCC与netrin-1相互作用。DCC与netrin-1结合后可以活化focal adhesion kinase(FAK),帮助发育过程中的细胞识别运动的方向。这种过程帮助脑细胞相互之间建立连接,穿过的大脑的中线和脊索。
研究人员认为在神经元发育的最后阶段,需要轴突停止生长时,细胞会表达出一种削弱myosin X蛋白的小分子。在神经元发育完成后,myosin X的基本任务即已完成。myosin 上有许多剪切位点,这种典型的大分子可以被切为小分子,抑制轴突生长。
饶子和院士新文章揭示关键蛋白结构
来自中科院生物物理研究所的研究人员发表了题为"Structural study of MCPIP1 N-terminal conserved domain reveals a PIN-like RNase"的文章,揭示了一种关键蛋白中保守结构域的结构,并从中详细分析了其催化中心,有助于更深入的RNA降解机制。相关成果公布在国际刊物Nucl. Acids Res.上。
文章的通讯作者是我国著名的分子生物物理与结构生物学家饶子和院士,其研究组主要研究方向是与重要病毒和肿瘤相关的蛋白质结构、功能以及创新药物的研究,今年这一研究组曾接连在Nature Structural & Molecular Biology和PNAS杂志上发表文章,取得了手足口病致病病毒EV71,以及克里米亚-刚果出血热病毒CCHFV的最新发现。
单核细胞趋化蛋白1和2(MCP-1和MCP-2)是20世纪80年代初从兔肺泡巨噬细胞发现的两种肽段,其中MCP-1是单核/巨噬细胞强有力的激活和趋化因子,在机体多种炎症疾病的发生发展过程中起着重要的作用。
06年一组研究人员发现MCP-1与CCR2结合诱导会产生了一种新的转录因子——MCP-诱导蛋白(MCPIP),这种转录因子当时被认为与凋亡的心脏细胞的细胞核有关,有可能成为介入治疗的一种可能的靶体。
经过这些年的研究,MCPIP1被证明在LPS诱导的免疫应答过程中,能作为靶向IL-6和IL-12b mRNAs的RNA酶,扮演了重要角色。这个蛋白N-端部分的一个保守结构域被认为是,负责其RNase活性的部分,但由于缺乏原子级分辨率结构,因此催化机理还不是很清楚。
在这篇文章中,研究人员确定了MCPIP1 N-末端保守RNase结构域的三维晶体结构(分辨率为2.0?),这个N-端保守结构域的整体结构与pilT N-端结构域,具有高度的结构同源性。
而且研究人员还发现,RNase的催化中心是由几个酸性残基位点组成,并通过其位点同源性突变验证了这些残基的重要性。其中催化中心附近的一个带正电的分支,可能是作为一个RNA底物结合位点,因为其上关键正电荷残基的丙氨酸交换会导致体内MCPIP1的RNase活性消失。
这些关于MCPIP1 N-末端保守结构域的结构,揭示出这一催化中心的详细情况,并有助于更深入的RNA降解机制。
RNA:科学家利用数学模型揭示microRNA作用机制
一个国际数学家研究小组提出一种新方法来理解一个难倒分子生物学家的生物谜团。他们利用一种数学模型来计算出一种被称作微RNA(microRNA, miRNA)的小分子的作用机制。
就目前而言,科学家们提出几种不同的而且有时又相互冲突的理论来解释miRNA调节蛋白产生的方式,这是因为即便只发生微小的实验条件改变也会导致结果发生较大变化。
来自英国莱斯特大学的Alexander Gorban教授和来自法国巴黎市居里研究所的Andrei Zinovyev与生物学者Nadya Morozova和Annick Harel-Bellan合作而构建出一种数学模型,结果表明可能存在一种简单的机制,它在不同条件下作出不同的表现。他们的研究发现于2012年7月31日在线发表在RNA期刊上。
Gorban教授说,"我们发现看似非常不同的机制实际上一种相对简单的生物化学反应在不同环境下的体现。我们的模型提出miRNA在蛋白产生中可能同时发挥很多种作用,而且根据实验发生的条件,它以一种稳定而又有效率的方式发挥作用,即调节蛋白产生速度。如果这种模型被人们接受,我们将能够采取积极的步骤来确定miRNA工作的主要机制是什么。这将有助于解决人们在理解miRNA实际如何发挥作用的方式上已持续了十年的争论。"
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