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2017.2.13 每日早知道

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浏览:- 发布日期:2017-02-13 08:37:35【 】

science:细胞器分配决定着干细胞命运
当大多数细胞发生分裂时,它们仅是产生更多的自己。但是负责修复受损组织的干细胞面临着一种选择:它们能够产生更多的新的干细胞,或者分化为皮肤细胞、肝细胞或身体内几乎任何一种特定细胞类型。

在一项新的研究中,来自美国洛克菲勒大学的研究人员发现这种关键性的决定取决于作为微小器官样结构的细胞器是否在分裂中的干细胞内正确地分配。相关研究结果发表在2017年2月3日那期science期刊上,论文标题为“coupling organelle inheritance with mitosis to balance growth and differentiation”。

论文通信作者、洛克菲勒大学罗宾-肯莫斯-诺伊斯坦哺乳动物细胞生物学与发育实验室(robin chemers neustein laboratory of mammalian cell biology and development)主任elaine fuchs教授说,“为了让身体的组织正确地发育和自我维持,干细胞的自我更新和分化必需保持精确平衡。我们的实验提示着细胞器(在这项研究中,指的是过氧物酶体)的定位和分配在控制这种微妙平衡中发挥着一种意想不到的作用。”

不对称分裂
作为皮肤的外部,表皮给身体提供一种保护性屏障,而干细胞位于它的内部深处。在发育期间,干细胞发生不对称分裂,产生两个子细胞:一个子细胞保持自我更新的能力,仍然停留在内部,而另一个子细胞发生分化,向往迁移,变成表皮外层的一部分。

通过研究发育中的小鼠皮肤,论文第一作者amma asare设计出一种方法来鉴定协助指导保持干性的子细胞和发生分化的子细胞处于平衡的基因。一种特定的蛋白pex11b引起了她的关注。它与过氧物酶体膜结合。过氧物酶体是一种协助食物释放能量的细胞器。

asare证实这种蛋白的作用机制似乎是确保过氧物酶体位于合适的位置,因此它们能够在两个子细胞之间分配。在缺乏pex11b的干细胞中,过氧物酶体不能均匀地分配,在一些情形下,一个子细胞获得全部的过氧物酶体,而另一个子细胞则没有获得任何过氧物酶体。对于那些过氧物酶体分布受到破坏的干细胞而言,细胞分裂需要花费更长时间,而且作为分离子细胞遗传物质的结构,纺锤体并不能够正确地对齐。

asare发现剔除干细胞中的pex11b的最终结果是更少的子细胞能够分化为成熟的皮肤细胞。

延迟改变命运
这些研究人员随后利用一种复杂的实验室技术移动干细胞中的过氧物酶体,获得的效果也是一样的。asare说,“如果在细胞分裂期间,过氧物酶体位于错误的位置,那么不论它们如何到达那里,这都会延迟这个分裂过程。”

这种影响对小鼠而言是非常显著的:如果过氧物酶体定位在干细胞中受到破坏,那么小鼠胚胎不再能够产生正常的皮肤。

fuchs说,“尽管已有一些证据提示着细胞器(包括产生能量的线粒体)分布能够影响细胞分裂的结果,但是我们首次证实这种现象是正确的干细胞行为和组织形成不可或缺的。”(生物谷 bioon.com)


science:重大突破!开发出化学选择性蛋氨酸生物偶联
在一项新的研究中,美国研究人员开发出一种强大的新方法将化学物选择性地连接到蛋白上。这种在操纵生物分子上取得的重大进展可能引发药物开发、蛋白检测以及分子追踪和可视化观察方式的变革。相关研究结果发表在2017年2月10日那期science期刊上,论文标题为“redox-based reagents for chemoselective methionine bioconjugation”。

这种被称作氧化还原活化化学标记(redox activated chemical tagging, react)的新技术是由美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室开发的。它可能根本上改变生物偶联过程,即将化学物和标记物附着到生物分子(特别是蛋白)上。

论文共同通信作者christopher chang说,“我们本质上为蛋白发明了一种新类型的化学上用的瑞士军刀,也是首个能够用于蛋氨酸的化学上用的瑞士军刀。依赖于实际的需求,这种react方法能够被整合到多种不同的工具中。你能够针对多种应用混合搭配不同的试剂。”

搭一种新蛋白的便车
论文共同通信作者f. dean toste将这种生物偶联过程比作为货物(如化学物,药物)搭小卡车(如蛋白,抗体)的便车。

他说,“这种货物能够用于很多目的。它能够运送药物到癌细胞中,或者它能够作为一种追踪器监控小卡车的运动。我们甚至能够对这种小卡车进行修饰,将它更改为一辆急救车。这种更改能够以多种方式完成,比如对小卡车进行重新组装,或者搭新的便车。”

传统上,生物偶联依赖于高度活性的半胱氨酸。半胱氨酸经常用作标记物和化学基团的附着点,这是因为它是两种含有硫原子的氨基酸之一,为酸碱化学反应提供一个锚点,并且很容易对它进行修饰。

但是,半胱氨酸经常参与蛋白的实际功能,因此将“货物搭载”到半胱氨酸上会导致不稳定性和破坏它的自然功能。

针对这个原因,人们一直在寻找避免使用半胱氨酸的方法,他们自然地转向蛋氨酸,即除半胱氨酸之外,唯一能够获得的含有硫原子的氨基酸。然而,蛋氨酸有一个额外的碳原子附着到它的硫原子上,这会阻断大多数的“货物搭载”。在这项新的研究中,美国研究人员利用一种氧化还原反应开发出一种新的搭载方法,这种方法允许货物附着到蛋氨酸的硫原子上,而且这个额外的碳原子仍然附着到这个硫原子上。

化学上用的瑞士军刀的潜在应用
蛋氨酸的一个关键优点是它是一种相对罕见的氨基酸,这允许研究人员选择性地靶向它,同时具有较少的副作用,也对生物分子产生较少的影响。

他们通过合成一种抗体-药物偶联物对react进行测试,突出表明了这种技术可用于生物治疗。他们也鉴定出烯醇化酶(一种代谢酶)是一种潜在的癌症治疗靶标,从而证实这种技术可能有助靶向用于药物发现的新靶标。

这些研究人员说,长期而言,这种新的生物偶联技术可能用于:(1)纳米技术:蛋白偶联能够有助制造与空气和水相容的纳米材料,从而降低毒性;(2)利用化学蛋白修饰,构建人工酶,这些人工酶能够循环利用,具有更好的稳定性,具有改进的活性和选择性;(3)合成生物学:它能够被用来选择性地制造新的蛋白或增强现存蛋白的功能。

chang说,“这种方法也可能能够通过直接修饰天然的蛋白增加活的有机体的功能,从而提高它们的稳定性和活性,而无需依赖于基因编辑制造转基因生物。它可能对可持续制造燃料、食物或药物以及进行生物修复产生影响。”(生物谷 bioon.com)

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