揭开细胞动力源的秘密：科学家们揭开了线粒体的蛋白质图谱

揭开细胞动力源的秘密：科学家们揭开了线粒体的蛋白质图谱线粒体是细胞的"动力室"，在生物体的能量生产中发挥着关键作用，并参与各种代谢和信号过程。来自波恩大学医院和弗莱堡大学的研究人员现在已经对线粒体内的蛋白质组织有了系统的了解。线粒体的蛋白质图谱为进一步探索这些细胞动力源的功能奠定了重要基础，并对疾病的理解产生了影响。这项新研究最近发表在著名的《自然》杂志上。线粒体是细胞的重要组成部分，被一层双膜所包围，将它们与细胞的其他部分分开。它们产生维持这些活动所需的大部分能量。除了能量生产，线粒体在新陈代谢和信号传递中发挥着关键作用，作为炎症过程和程序性细胞死亡的表面。从线粒体进入门移除被捕蛋白质的质量控制机制的模型。资料来源：Schulte等人，2023年《自然》杂志线粒体的缺陷导致了许多疾病，尤其是神经系统的疾病。因此，对线粒体过程的分子理解对基础医学研究具有最重要的意义。细胞中的分子工作者通常是蛋白质。线粒体可以包含大约1000个或更多不同的蛋白质。为了执行功能，这些分子中的几个经常一起工作，形成一个蛋白质机器，也称为蛋白质复合物。蛋白质还在分子过程的执行和调节中相互作用。然而，人们对线粒体蛋白质在这种复合体中的组织结构知之甚少。英国广播公司的托马斯-贝克尔教授和法比安-登-布拉夫博士的研究小组与弗莱堡大学的贝恩德-法克勒教授、乌韦-舒尔特博士和尼古拉斯-普凡纳教授的研究小组一起，创建了一个蛋白质复合物中蛋白质组织的高分辨率图像，称为MitCOM。这涉及一种被称为复合体分析的特殊方法，以前所未有的分辨率记录单个蛋白质的指纹。MitCOM揭示了来自面包酵母的90%以上的线粒体蛋白在蛋白质复合物中的组织。这使得新的蛋白质-蛋白质相互作用和蛋白质复合体的鉴定成为可能--这对进一步的研究非常重要。UKB的研究人员与合作研究中心1218"线粒体对细胞功能的调节"项目合作，展示了这一数据集如何被用来阐明新的过程。线粒体从细胞的液体部分（称为细胞膜）输入99%的蛋白质。在这个过程中，一种被称为TOM复合体的机制使这些蛋白质通过膜被吸收到线粒体中。然而，当蛋白质在运输过程中被卡住时，它们是如何从TOM复合体中移除的，这一点在很大程度上还不清楚。为了阐明这一点，Becker教授和denBrave博士领导的团队使用了MitCOM数据集的信息。结果表明，非输入的蛋白质被专门标记为细胞降解。博士生ArushiGupta的研究进一步揭示了这些被标记的蛋白质随后被定向降解的途径。了解这些过程很重要，因为蛋白质输入的缺陷可能导致细胞损伤和神经系统疾病。"我们研究中的例子证明了MitCOM数据集在阐明新机制和途径方面的巨大潜力。因此，这个蛋白质地图代表了进一步研究的重要信息来源，它将帮助我们了解细胞动力源的功能和起源，"UKB生物化学和分子生物学研究所所长贝克尔教授说。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348957.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348957.htm

科学家打破对称激发极化子 开启纳米光子学的未来

科学家打破对称激发极化子开启纳米光子学的未来在发表于《eLight》的一篇新论文中，由华中科技大学张新亮教授、李培宁教授和中国地质大学戴志高教授领导的科学家团队开发出一种新技术，通过控制近场激发源，实现各向异性HPs的平面内激发和传播。他们的研究拓展了操纵非对称极化子的可能性，可应用于可重构的极化子器件。晶体表面的光盘天线为打破双曲极化子的对称性提供了面内极化激发源。资料来源：中国地质大学/刘璐最近，人们在低对称性单斜晶体中发现了双曲剪切极化子，也称为镜像对称断裂极化子。这些剪切极化子的非对称性源于低对称晶体固有的非赫密特介电常数张量，而高对称晶体不具备这种特性。研究小组研究了线性极化面内源对在高对称性、低损耗系统中产生具有增强定向传播的对称破缺HP的影响。研究小组通过理论和实验证明，控制近场激励源可以配置平面内HP的激励和传播。它可以打破平面高压的镜像对称性，而无需低晶体对称性。该团队的源配置方法能够在宽广的频率范围内调整非对称极化子的传播，从而为纳米尺度上光引导和传播的动态稳健控制建立了新的自由度。他们的研究成果拓展了操纵极化子的可能性，并可应用于可重构极化子器件，用于偏振相关的纳米光子电路或光隔离。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381075.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381075.htm

科学家们发现了一种酶在维持细胞生存能力方面的作用

科学家们发现了一种酶在维持细胞生存能力方面的作用乳腺癌细胞的图像资料来源：国家癌症研究所的癌症特写项目"许多疾病都与OGT功能有关，"担任这项新研究第一作者的LJI导师LiXiang博士说。"例如，许多研究表明OGT功能在癌症、糖尿病和心血管疾病中出现异常"。这项新研究由Li带头，并由LJI教授AnjanaRao博士和LJI助理教授SamuelMyers博士共同领导，首次表明OGT通过调节一种名为mTOR的关键蛋白来控制细胞生存。细胞依靠mTOR来保持其线粒体动力室的工作。如果没有功能性的mTOR，从蛋白质合成到细胞增殖，细胞几乎所有的基本功能都会失效。因此毫不奇怪，mTOR功能障碍也是许多疾病的一个标志。"OGT对身体的每个细胞都很重要，"Myers解释说。"由于这项研究，我们现在有了一个模型，我们可以用来在未来研究OGT的每个部分做什么"。OGT是一种叫做转移酶的酶。这种类型的酶执行一种叫做糖基化的工作，即把糖分子添加到最近合成的蛋白质中。OGT在转移酶中是独一无二的，因为它修改细胞内的蛋白质，而不是细胞表面的蛋白质或分泌的蛋白质。事实上，OGT的糖基化工作非常重要，没有它胚胎细胞就会死亡。但直到现在，科学家们对其原因还一无所知。正如迈尔斯所解释的，OGT的基本性质是使它难以研究的原因。科学家们通常通过开发缺乏这些蛋白质基因的细胞来研究酶和其他蛋白质。他们生成新的、功能失调的细胞，然后调查事情是如何出错的。但是对于OGT，这种实验在开始之前就已经结束了。因为只有单一的OGT，科学家们一直无法删除它或减少它的功能，而无需简单地杀死他们需要研究的细胞。Li说："我们知道OGT对细胞生存至关重要，但20多年来我们不知道原因。"在新的研究中，Li能够通过使用诱导系统删除OGT基因来解决这个问题。他利用小鼠胚胎干细胞，然后使用一种被称为Cre的诱导型蛋白质删除OGT的基因。这意味着细胞可以正常生长，直到科学家决定激活这一过程，之后失去OGT基因的细胞开始停止增殖并死亡。研究小组发现，删除OGT的基因导致一种名为mTOR的关键酶的功能异常增加，该酶能调节细胞代谢。删除OGT的基因也助长了细胞中一个重要但有潜在危险的过程，即线粒体氧化磷酸化。为什么线粒体氧化磷酸化如此危险？细胞中的这一过程是使细胞产生ATP（为细胞提供能量的分子）的一个微妙途径的一部分。ATP可以由糖酵解产生，也可以由线粒体氧化磷酸化产生，扰乱这种平衡会对细胞产生破坏性后果。幸运的是，OGT通过保持蛋白质合成的顺利进行和调节细胞内的氨基酸水平，保障了mTOR的活动和线粒体的健康。重要的是，研究人员在CD8+T细胞中发现了OGT的相同保护作用，这表明该酶以同样的方式在整个哺乳动物细胞类型中发挥作用，而不仅仅是在小鼠胚胎干细胞中。即使是缺乏OGT的功能障碍细胞也不是永远注定的，科学家们能够使用一种称为CRISPR/Cas9的基因编辑新尖端技术来"拯救"这些功能障碍的细胞。通过观察小鼠胚胎干细胞中的第二个基因是否会恢复缺乏OGT的细胞的生长，Li发现在缺乏OGT的细胞中，mTOR和线粒体氧化磷酸化被过度激活，并且可以通过抑制其功能来拯救细胞。这对希望进一步了解OGT在体内作用的科学家来说是个好消息。Myers说："现在我们可以删除OGT的基因，同时保持细胞的活力，我们可以尝试只恢复OGT的碎片，以了解更多关于OGT如何保持细胞活力的工作。"他的新发现可能会让研究人员进一步研究OGT的作用，并有可能找到对抗异常活动的治疗目标，研究人员认为，在未来，我们希望我们的研究可以帮助阐明与癌症和其他疾病中功能失调的OGT有关的问题。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1347703.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1347703.htm

科学家创造新分子 利用细胞中的弱点杀死难以治疗的癌细胞

科学家创造新分子利用细胞中的弱点杀死难以治疗的癌细胞得克萨斯大学达拉斯分校的一名研究人员创造的一种新分子通过利用细胞中的一个弱点杀死了各种难以治疗的癌细胞，包括三阴性乳腺癌的癌细胞，而这个弱点以前并不是现有药物的目标。这项研究是利用分离的细胞、人类癌症组织和小鼠生长的人类癌症进行的，最近发表在《自然-癌症》上。作为该研究的共同通讯作者和得克萨斯大学达拉斯分校自然科学和数学学院的化学和生物化学副教授，Jung-MoAhn博士在其职业生涯的十多年里一直致力于开发针对细胞中蛋白质-蛋白质相互作用的小分子药物。他曾使用一种称为基于结构的合理药物设计的方法，创造了治疗耐药性前列腺癌和乳腺癌的潜在候选化合物。在目前的工作中，Ahn和他的同事测试了他合成的一种名为ERX-41的新型化合物对乳腺癌细胞的影响，包括那些含有雌激素受体（ER）和不含有的乳腺癌细胞。虽然对ER阳性乳腺癌患者有有效的治疗方法，但对三阴性乳腺癌（TNBC）患者却没有什么治疗选择，TNBC缺乏雌激素、孕激素和人表皮生长因子受体-2（HER2）的受体。TNBC通常影响40岁以下的女性，并且比其他类型的乳腺癌有更差的结果。Ahn说：“ERX-41化合物没有杀死健康细胞，但它消灭了肿瘤细胞，而不管癌细胞是否有雌激素受体。事实上，它杀死三阴性乳腺癌细胞的效果比杀死ER阳性细胞的效果更好。”“这在当时让我们感到困惑。我们知道它一定是针对TNBC细胞中雌激素受体以外的东西，但我们不知道那是什么。”为了研究ERX-41分子，Ahn与合作者合作，包括共同通讯作者GaneshRaj博士，UT西南医学中心HaroldC.Simmons综合癌症中心的泌尿学和药理学教授，以及UTHealthSanAntonio的产科和妇科教授RatnaVadlamudi博士。Ahn的生物有机/药物化学实验室的前UTD研究科学家Tae-KyungLee博士参与了该化合物的合成工作。研究人员发现，ERX-41与一种叫做溶酶体酸性脂肪酶A（LIPA）的细胞蛋白结合。LIPA存在于一种叫做内质网的细胞结构中，这是一种处理和折叠蛋白质的细胞器。Ahn说：“为了让肿瘤细胞快速生长，它必须产生大量的蛋白质，而这对内质网造成了压力。癌细胞明显地过度产生LIPA，比健康细胞多得多。通过与LIPA结合，ERX-41阻碍了内质网的蛋白质处理，内质网变得臃肿，导致细胞死亡。”该研究小组还在健康小鼠中测试了这种化合物，并观察到没有不良影响。“我们花了几年时间来追寻到底是哪种蛋白质受到了ERX-41的影响。这是最困难的部分。我们追逐了许多死胡同，但我们没有放弃，”Ahn说。“三阴性乳腺癌特别隐蔽--它针对的是年轻的女性；它具有侵略性，而且对治疗具有抗性。我真的很高兴我们发现了一些有可能为这些病人带来重大改变的东西。”研究人员将这种化合物喂给患有人类形式的癌性肿瘤的小鼠，肿瘤变小了。事实证明，该分子还能有效地杀死从切除肿瘤的病人身上收集的人体组织中的癌细胞。他们还发现，ERX-41对其他内质网压力升高的癌症类型有效，包括难以治疗的胰腺癌和卵巢癌以及...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1309299.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1309299.htm

麻省理工学院的科学家们为合成基因开发了一个新的控制系统

麻省理工学院的科学家们为合成基因开发了一个新的控制系统利用基于CRISPR基因编辑系统的方法，麻省理工学院的研究人员开发了一种新方法，可以精确控制哺乳动物细胞中产生的特定蛋白质的数量。资料来源：MatthewDaniels，由麻省理工学院新闻网在他们的新研究中，研究人员显示，这个系统可以在各种哺乳动物细胞中工作，且结果非常一致。描述这些结果的论文最近发表在《自然通讯》杂志上。"这是一个高度可预测的系统，我们可以预先设计，然后得到预期的结果，"前麻省理工学院研究科学家WilliamC.W.Chen说。"这是一个非常可调整的系统，适用于不同类型细胞的许多不同的生物医学应用"。现在是南达科他大学生物医学科学助理教授的Chen是这项新研究的主要作者之一，同时还有前麻省理工学院研究科学家LeonidGaidukov和博士后YongLai。高级作者TimothyLu作为麻省理工学院生物工程和电气工程及计算机科学副教授领导了这项研究。基因控制许多治疗性蛋白质，包括单克隆抗体都是在含有哺乳动物细胞的大型生物反应器中生产的，这些细胞被设计用来产生所需的蛋白质。几年前，麻省理工学院合成生物学中心的研究人员，包括Lu的实验室，开始与辉瑞公司合作开展一个项目，开发可用于促进这些有用蛋白质生产的合成生物学工具。为了做到这一点，研究人员瞄准了他们想要调高的基因的启动子。在所有的哺乳动物细胞中，基因有一个与转录因子结合的启动子区域--启动基因转录为信使RNA的蛋白质。在以前的工作中，科学家们设计了合成的转录因子，包括称为锌指的蛋白质结构模体，以帮助激活目标基因。然而，锌指和大多数其他类型的合成转录因子必须为它们所针对的每个基因重新设计，这使得它们的开发具有挑战性和耗费时间。2013年，Lu实验室的研究人员开发了一种基于CRISPR的转录因子，使他们能够更容易地控制哺乳动物和酵母细胞中自然发生的基因的转录。在新的研究中，研究人员着手在这项工作的基础上创建一个合成生物部件库，使他们能够传递转基因--一种细胞通常不表达的基因--并精确控制其表达。Chen说："我们的想法是拥有一个全谱系的合成启动子系统，可以从非常低的水平到非常高的水平，以适应不同的细胞应用。"研究人员设计的系统包括几个部分。一个是要转录的基因，以及一个"操作者"序列，它由一系列人工转录因子结合点组成。另一个组成部分是引导RNA，它与这些操作者序列结合。最后，该系统还包括一个连接到停用的Cas9蛋白的转录激活域。当这种失活的Cas9蛋白与合成启动子位点的引导RNA结合时，基于CRISPR的转录因子可以开启基因表达。用于该合成系统的启动子位点被设计成与自然发生的启动子位点不同，因此该系统不会影响细胞自身基因组中的基因。每个操作者包括2到16个拷贝的引导RNA结合位点，研究人员发现他们的系统可以以与结合位点数量线性对应的速率启动基因转录，使他们能够精确控制产生的蛋白质数量。高度一致性研究人员在几种类型的哺乳动物细胞中测试了他们的系统，包括中国仓鼠卵巢（CHO）细胞，这些细胞通常用于在工业生物反应器中生产治疗性蛋白质。他们发现在CHO细胞和他们测试的其他细胞中的结果非常相似，包括小鼠和大鼠的肌细胞（肌肉细胞的前体）、人类胚胎肾细胞和人类诱导多能干细胞。Chen说："该系统在不同的细胞类型和不同的目标基因上具有非常高的一致性。这是一个很好的起点，可以考虑用一个高度可调整、可预测的人工系统来调控基因表达和细胞行为。"在首先证明他们可以使用新系统诱导细胞产生预期数量的荧光蛋白之后，研究人员表明他们还可以用它来编程生产一种被称为JUG444的单克隆抗体的两个主要部分。研究人员还对CHO细胞进行编程，使其产生不同数量的称为抗PD1的人类抗体。当人类T细胞接触到这些细胞时，如果产生的抗体数量较多，它们会成为更有力的肿瘤细胞杀手。他们说，尽管研究人员能够获得所需抗体的高产量，但要将这一系统纳入工业流程，还需要进一步努力。与工业生物反应器中使用的细胞不同，这项研究中使用的细胞是生长在一个平面上，而不是在液体悬浮液中。"这是一个有希望用于工业应用的系统，但首先我们必须将其改造成悬浮细胞，看看它们是否能制造出同样的蛋白质。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333007.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333007.htm

细胞生长的关键调节器被科学家破译

细胞生长的关键调节器被科学家破译这一结构的发现使人们更好地了解了细胞如何感知营养水平以控制其生长。这项研究最近发表在《自然》杂志上。从酵母到人类，mTOR蛋白（哺乳动物雷帕霉素的目标）是细胞生长的核心控制器。这种蛋白质对环境线索（如营养物质和激素）做出反应，并控制几个关键的细胞功能，如蛋白质和脂质的合成，线粒体的能量生产，以及细胞结构组织。mTOR活动的中断是许多疾病的根源，包括糖尿病、肥胖、癫痫和几种类型的癌症。同一个复合体中的两种对立功能UNIGE理学院分子和细胞生物学系教授、国家化学生物学研究能力中心主任RobbieLoewith的实验室对mTOR的调控感兴趣，特别是SEA复合体，它是营养物质的直接传感器，控制mTOR的活性。SEA复合物由八个蛋白质组成。SEA复合体的一部分（SEACIT）参与抑制mTOR的活性，而另一部分（SEACAT）则参与其激活。在没有营养物质的情况下，mTOR蛋白被SEACIT亚复合体阻断，细胞生长因此被阻止。相反，在有营养物质的情况下，SEACAT亚复合物被认为会抑制SEACIT亚复合物，后者不能再阻断mTOR蛋白。然后中央控制器可以在细胞生长中发挥其激活作用，例如，刺激蛋白质和脂质的生产。SEACAT如何调控SEACIT仍不为人所知。确定结构以了解功能为了确定SEA复合物的蛋白质之间的相互作用，从而更好地了解它们如何工作，研究人员着手确定这一复合物的结构。在将SEA复合物与细胞中的所有其他成分进行生化分离后，科学家们利用UNIGE、UNIL和EPFL的Dubochet成像中心的技术，通过低温电子显微镜（cryo-EM）获得其分子结构。分子和细胞生物学系的研究员、该研究的第一作者LucasTafur解释说："通过在-180°C下快速冷冻样品，低温电子显微镜可以获得蛋白质在其原始状态下的结构，即其功能性的三维形式。"SEACAT是必要的，但不是充分的随后研究人员在实验室中测试了该复合物不同组成部分的生化活动。尽管SEACAT亚复合物处于活跃状态（如在营养物质存在的情况下），但他们观察到，SEACIT亚复合物仍具有活性，能够阻断mTOR。''这个结果非常出乎意料，因为SEACAT长期以来被描述为SEACIT的直接抑制剂。因此，我们预计SEACIT在活性SEACAT的存在下是不活跃的。我们的结果显示，SEACAT更多的是作为招募其他调节蛋白的支架，因此，它的存在对于抑制SEACIT是必要的，但不是充分的，"该研究的最后一位作者RobbieLoewith解释说。"获得SEA复合物的结构可以突出mTOR调节级联中的缺失环节。当然，我们现在需要确定与这一复合体相关的尚不为人知的伙伴，这些新的因素可能被证明是mTOR活动加剧的肿瘤的治疗目标。"LucasTafur总结道。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334839.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334839.htm