目的：研究二甲双胍(metformin)在少突胶质前体细胞(oligodendrocyte precursor cell, OPC)分化过程中的作用,并对其分子机制进行初步探讨。方法：使用免疫吸附法直接分离纯化OPC后诱导培养,通过免疫荧光染色对细胞进行鉴定。在不同浓度二甲双胍处理OPC后,使用CCK8检测细胞活性;通过免疫荧光染色、流式细胞分析、实时荧光定量PCR和蛋白质印迹检测二甲双胍对OPC分化中细胞数量、mRNA和蛋白质水平的影响。结果：使用免疫吸附法可分离出高纯度OPC;CCK8检测结果显示在100 μmol/L浓度以内,二甲双胍对细胞无毒性;免疫荧光染色结果显示,二甲双胍处理OPC后,PDGFRα + OLIG2+阳性细胞数明显增加,且MBP+细胞数显著增加;流式细胞分析结果显示,PDGFRα+细胞数显著增加;实时荧光定量PCR结果显示,OPC分化相关基因Mag、Mbp等的mRNA水平显著增加;蛋白质印迹结果显示,分化相关蛋白OLIG2和MBP表达增加。机制上,少突胶质细胞系Oli-neu、OPC分别经二甲双胍处理5 min后,RAS、p-MEK、p-ERK蛋白量显著增加。结论：二甲双胍通过RAS-MEK-ERK信号通路促进少突胶质前体细胞的分化。
目的：分析ATP7B基因缺陷(Wilson's disease,WD)小鼠肝脏组织中自噬相关基因的表达和自噬相关蛋白的相互作用方式,探讨铜累积诱导肝内自噬活化的可能机制。方法：对4周龄和12周龄WD小鼠肝组织进行铜含量检测和转录组测序,对差异基因进行GO和KEGG富集分析,筛选自噬相关差异基因做qRT-PCR和Western blot验证,采用GeneMANIA数据库构建自噬相关差异蛋白的互作网络(PPI)并进行功能注释分析,抑制自噬相关蛋白的表达分析其对自噬的影响。结果：与野生型小鼠相比,WD小鼠肝铜含量显著升高,铜累积导致基因表达模式改变;基于GO数据库统计自噬相关差异基因数目,4周龄和12周龄分别有8个、51个,基于KEGG数据库统计,4周龄和12周龄分别有5个、19个;筛选Ulk1、Ddit4、Plk3等9个基因进行qRT-PCR,定量结果与测序结果表达趋势基本一致;其编码的蛋白质通过共表达、共定位等方式互相作用;Western blot结果显示铜累积导致Ulk1、Plk3、Park2蛋白表达显著增加和细胞自噬发生,抑制Ulk1、Plk3、Park2的蛋白质表达可显著下调细胞自噬水平。结论：WD不同阶段的铜累积可调节肝脏多个自噬相关基因的表达,通过其编码的自噬相关蛋白的互相作用共同诱导肝脏自噬活化以缓解肝损伤。
hox基因编码一类高度保守的转录因子家族,人类HOXA1的突变会导致阿萨巴斯卡发育不良综合征 (Athabascan brainstem dysgenesis syndrome, ABDS),使人出现因颅骨异常导致的面部畸形和面部麻痹等症状。利用模式生物斑马鱼研究其同源基因hoxa1a的功能机制。首先利用CRISPR/Cas9技术对斑马鱼hoxa1a进行基因编辑,获得了hoxa1a基因突变,T7E1酶切结果显示F0酶切效率平均为70%。F1进一步筛选到两种突变类型,分别是插入了8 bp和删除了7 bp的杂合突变体。杂合子自交得到hoxa1a F2纯合突变体,并且测序验证hoxa1a基因突变成功。5 dpf时,hoxa1a纯合突变体出现颅面发育异常。阿尔新蓝软骨染色和茜素红硬骨染色结果表明,hoxa1a突变体中颅骨发育异常、筛骨板断裂,鳃弓发育出现缺损。成功在斑马鱼中构建ABDS疾病模型,表明hoxa1a突变会造成斑马鱼颅面骨骼发育异常,为其功能机制研究奠定了基础,为人类ABDS疾病的致病机制研究提供了新的思路。
加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis, WGCNA)可通过聚类鉴定共表达的基因模块来研究生物学数据与相应性状之间的关系。甘薯[Ipomoea batatas (L.)Lam.]是世界上营养丰富的块根作物之一,紫薯是甘薯的一种特殊品种,因含有大量的花青素而具有较高的营养价值。因此,培育花青素含量高的优质紫薯一直以来都是甘薯育种家所追求的目标。利用传统的育种方法已经培育了一些紫薯品种,但其周期长、工作量大、见效慢,所以急需通过分子设计育种手段来培育高产优质的紫薯新品种。花青素合成相关关键基因的挖掘对紫薯的分子育种具有重要意义。为了挖掘甘薯花青素合成相关基因,以紫薯品种‘徐紫薯3号'和白薯品种‘徐薯18号'的块根为材料进行了转录组测序(RNA-seq),并结合公共数据库中已公布的甘薯基因组信息以及43份紫薯和45份非紫薯块根的RNA-seq数据,通过分析在不同样本间表达量差异大的前50%的基因中选择了26 760个基因进行WGCNA分析。结果表明,利用WGCNA鉴定出28个共表达模块,其中4个为紫薯特异性模块(Grey60模块和Black模块与紫薯显著正相关,Brown模块和Blue模块与紫薯显著负相关)。利用GO功能富集分析发现紫薯特异性模块Grey60可以显著富集到类黄酮和花青素代谢过程。通过计算模块内基因的连通性,分析挖掘到Grey60模块中有47个核心基因,其中包括已报道的8个花青素合成相关基因MYB113、CHS、3个CHI、F3H、GST和LDOX。利用qRT-PCR验证了其中7个核心基因的表达模式。通过构建核心基因的互作网络发现:MYB不仅与已知的花青素合成相关基因bHLH、CHI、GST、F3'H、CHS等存在互作,同时也与DUF914、ABCC4等转运蛋白基因互作;WRKY3与多个核心基因存在互作,如LDOX、GST、CHS等。为高花青素含量紫薯新品种的培育和紫薯花青素生物合成机制的解析提供了理论基础和新思路。
目的：甘草作为一种传统中药被广泛使用。甘草酸是甘草中的主要活性成分,为五环三萜类化合物,具有抗炎、抗病毒、肝保护等多种药理作用,而且近两年已被用于新型冠状病毒肺炎(COVID-19)的临床治疗。随着代谢工程与合成生物学技术的发展,人们逐渐实现了甘草酸及其前体物的微生物合成。但由于植物基因与微生物底盘不适配等原因,已报道的生物合成法产量较低。近些年,研究者发现植物内生菌拥有丰富的功能特性,可作为植物活性产物合成的潜在资源,在代谢工程领域,具有重要的研究价值及巨大的市场应用前景。因此,拟对甘草内生菌群落进行深入研究,挖掘可用于甘草酸合成的微生物源功能基因。方法：从新疆塔城市额敏县采集了三年生乌拉尔甘草的主根样品,进行了内生菌群落的宏基因组测序,对数据进行了内生菌的群落结构及功能基因多样性分析,并通过功能基因注释与系统发育树分析,挖掘了可能参与甘草酸合成代谢的功能基因。结果：通过对群落结构进行丰度分析,发现甘草根部样品中的优势内生菌菌种为反硝化类固醇杆菌(Steroidobacter denitrificans)、苯丙酸杆菌(Phenylobacterium zucineum)、未分类苯基杆菌(unclassified Phenylobacterium)、苯基杆菌(Phenylobacterium sp.)等;通过COG数据库、KEGG数据库和CAZy数据库对其功能基因进行注释,发现在甘草内生菌中含有123个细胞色素P450(cytochrome P450,CYP450)及520个UDP-糖基转移酶(UGT)编码基因。结论：首次利用宏基因组测序与分析方法来了解乌拉尔甘草内生菌群落结构与功能基因组成,并证明了甘草内生群落中含有丰富的细胞色素P450及UGT编码基因,为后续全面、深入研究甘草内生菌的生物学功能,以及它们如何转变为甘草酸生物合成资源,奠定了理论基础。
目的：为筛选出表达LacZ基因重组山羊痘病毒的适宜培养细胞系。方法：将常用于培养山羊痘病毒(GPV)的乳仓鼠肾细胞(BHK21)、羊肾细胞(SK)和羔羊睾丸细胞(LT)培养至单层,之后单层细胞用含X-gal的培养基继续培养,观察比较各细胞在X-gal环境中呈现的蓝色。提取单层细胞的RNA,进行LacZ基因的RT-PCR,回收PCR产物、连接载体、转化E.coli,挑阳性克隆测序分析。将单层细胞继续培养72 h,检测各细胞产生的β-半乳糖苷酶。结果：随着培养时间的延长,固体培养的BHK21、LT细胞孔中胶颜色变蓝且逐渐加深,显微镜观察可见细胞蓝斑,而SK细胞、空白、无X-gal孔中的胶未变色,镜检无细胞蓝斑;液体培养的单层细胞逐渐脱壁,培养液未见蓝色。RT-PCR产物电泳条带与预期分子量大小相符,测序结果显示目标DNA与LacZ基因序列相似性值达100%,表明3种细胞均有LacZ基因的转录本。β-半乳糖苷酶测定结果显示3种细胞均表达此酶,细胞产酶能力比较为BHK21>LT>SK,尤以SK细胞产β-半乳糖苷酶量极低。结论：显色差异法筛选出的羊肾细胞适宜培养表达LacZ基因的重组山羊痘病毒,结果可为山羊痘病毒新型疫苗研发提供一些参考。
L-苏氨酸醛缩酶(L-Threonine aldolase,L-TA)可以催化甘氨酸和醛合成β-羟基-α-氨基酸。β-羟基-α-氨基酸具有两个手性中心,是多种手性药物的中间体。但是,游离的L-TA难以重复利用,分离纯化困难,严重阻碍了工业化应用。固定化技术可以有效解决这些问题。利用氨基树脂NAA固定化来源于Bacillus nealsonii的L-苏氨酸醛缩酶,采用戊二醛作为交联剂,经过条件优化确定最佳固定化条件为:加酶量13 U、载体量0.6 g、0.4%(V/V)戊二醛、活化时间2 h、pH 8.5、35℃、固定化5 h。在此条件下,固定化酶酶活回收率为85.7%。在30℃下半衰期可达59天,为游离酶的6.5倍。将其应用于合成L-syn-对甲砜基苯丝氨酸,使用460 h后,残余酶活为79.4%。进一步开发了载体再利用策略,将失活固定化酶表面的氨基用戊二醛活化后,再与新的游离酶进行固定化,实现载体的再利用。利用该方法载体可重复利用两次,制备的固定化酶仍能使用460 h。该方法大大降低了固定化成本,为固定化L-TA的工业化应用打下坚实的基础。
miR-146a是近年来miRNA研究的热点,其在不同物种中高度保守,并参与了各种类型疾病的发生与发展,如炎症、自身免疫性疾病、癌症与肥胖症等,其机制主要通过TLR4、MyD88、NF-κB和Akt等信号通路来发挥作用。就miR-146a在不同疾病过程中的作用及其机制进行综述,为深入研究miR-146a在各类疾病中的调节作用提供资料。
免疫检查点抑制剂(immune checkpoint inhibitors,ICIs)通过阻断负调控免疫信号激活宿主抗肿瘤免疫反应。临床试验表明,ICIs的治疗能够明显引起部分晚期癌症患者的肿瘤消退。在临床实践中,ICIs治疗的一个主要问题是药物应答率低。尽管PD-L1表达、错配修复缺陷、肿瘤浸润性淋巴细胞状态等多种预测生物标志物已被用于筛选对治疗有应答的患者,但ICIs单药治疗的耐药性仍存在。近期研究表明,联合抗VEGF治疗可以减轻ICIs的耐药性。VEGF能抑制肿瘤生长和转移所必需的血管生成,同时能够对肿瘤免疫微环境进行重编程,减轻ICIs的耐药性。目前已针对此双靶点的联合治疗开展了很多临床试验,并获得了令人振奋的结果。对抗PD-L1联合抗VEGF治疗的作用机制以及PD-L1/VEGF联合阻断治疗的临床研究进行了综述汇总。
糖基化能够增加化合物的结构多样性,有效改善水溶性、药理活性和生物利用度,对植物天然产物的药物开发至关重要。UDP-糖基转移酶(UGTs)能够催化糖基从活化的核苷酸糖供体转移到受体形成糖苷键,植物中天然产物的糖基化修饰主要通过UGTs实现。但是大多数天然UGTs的催化活性、稳定性和底物特异性较低,难以满足工业用酶的要求,限制了它们的工业化应用。近年来,通过分子改造技术改进天然UGTs的催化特性取得了突破性的研究进展。为此,概述了植物源UGTs的挖掘与表征、三维结构和催化机制,归纳了UGTs分子改造的思路和方法,包括理性设计和定向进化,重点介绍了结构域替换、序列保守分析和结构分析与定点突变的结合,总结了定向进化中的高通量筛选方法,为植物天然产物酶法糖基化的工业应用提供了参考和借鉴。
孢粉素是类聚乙烯醇链通过酯键和缩醛高度交联的天然生物高分子,构成花粉和孢子的外壁,能够抵抗物理、化学、生物腐蚀,堪称自然界最坚固的有机物,被誉为植物界的金刚石。孢粉素微囊(SEC)自然界来源丰富、生物相容性好、无免疫原性,表面含有丰富的羧基、羟基和酚基,能够功能化或者与其他纳米材料构建复合材料;其表面丰富的纳米孔道增加了材料的比表面积,有利于捕获癌细胞或目标生物分子。SEC独特的性质使其在药物载体、口服疫苗载体、影像诊断、生物传感、细胞生长支架、微反应器、微型机器人等方面得到广泛的应用。阐述了孢粉素的结构、物理化学性质、制备方法和功能化方面的研究进展, 探讨了孢粉素的应用前景、存在的问题以及未来的发展方向。
合成生物学的发展使得人们可以根据需求对微生物进行改造,作为“工厂”高效地合成催化所需物质,并通过添加化学诱导物的方式对生命过程进行调控。然而,化学诱导的潜在毒性以及不可逆性等限制其应用。光遗传学技术利用特定波长的光信号实现对细胞生命过程的调控,具有特异性、可逆性、高时空分辨率等特点。近年来,人们对不同来源的光敏蛋白进行改造,开发出各种不同波长、不同效应的光遗传元件用于基因回路的构建,进而实现对细菌蛋白合成、代谢过程的调控。光遗传技术在人与细菌之间搭起了实时的信号沟通桥梁,实现更为精准的物质生产调控:(1)通过光控治疗因子的合成分泌进行药物递送;(2)通过代谢通路的控制提高目的产物的催化效率;(3)通过光诱导控制生物活材料的形成。随着探索的深入,更小体积、更多波长、更高效率的光遗传元件将被开发出来,实现多输入的细菌生命活动调控。
构筑蛋白质的编码信息存在于高度保守的密码子表中,而生物体仅利用20种天然氨基酸,就能排列组合出不同的蛋白质来行使多种生物学功能。通过合成生物学的飞速发展,使得在蛋白质合成中可控地引入非天然氨基酸成为可能。这极大地拓展了蛋白质的结构和功能,并为生物学工具的开发和生物生理过程的研究提供了便利。具有活性基团的非天然氨基酸可以广泛地应用于蛋白质结构研究、蛋白质功能调控以及新型生物材料构建和医药研发等诸多领域。基因密码子拓展技术利用正交翻译系统,通过重新分配密码子改造中心法则,可以在蛋白质的指定位点引入非天然氨基酸。系统地介绍了目前提升密码子拓展技术插入非天然氨基酸效率的方法,包括tRNA以及氨酰tRNA合成酶的各种突变方法和翻译辅助因子的改造。汇总了利用古细菌酪氨酰tRNA合成酶插入的非天然氨基酸和突变位点并总结了密码子拓展技术在生物医药领域的前沿进展。最后讨论了该项技术目前所面临的挑战,如可利用的密码子数量不多、正交翻译系统的种类有限和非天然氨基酸多插效率低下。希望能够帮助研究者建立适合的非天然氨基酸插入方法并推动密码子拓展技术进一步发展。
美国农业部动植物卫生检疫局在最近一次生物技术法规的修订中,将原有的关于监管利用基因工程开发的生物体的进口、州际移动和环境释放一章的规定进行了较大幅度的修改,并将之命名为SECURE规则。这一规则采用了新的安全评价方法,将评价的重心从原来的生产方法转移到了产品的特性上。此外,新的规则还通过豁免程序和监管状态审查等程序的设立,进一步简化了监管方式。但SECURE规则也存在着部门立法之间的协调不足、配套机制建设不完善等问题,可能给新规则的实施带来一定的挑战。我国作为转基因技术大国,在农业生物技术及其产品监管的立法上可以批判性地借鉴美国最新的立法实践,为我国生物技术产业的发展提供法治保障。
