寄语

今年正值我国著名老一辈生物化学家、免疫化学家及教育家刘思职(1904~1983)先生诞辰120周年。本期《中国生物化学与分子生物学报》刊载两篇纪念文章,回顾刘思职院士半个多世纪的科学征程和医学教育生涯,感受老一辈科学家的爱国情怀、科学创新精神及其严谨的治学态度,这对现代青年的教育和成长,对我们的科技创新,建设世界一流的大学和学科,促进高等教育事业的发展都会产生积极的影响。人生一世,草生一秋;往事已兮如弹指。

《中国生物化学与分子生物学报》栏目介绍

《中国生物化学与分子生物学报》传统栏目包括综述、研究论文、技术与方法、研究简报、信息交流等。为丰富内容并提高影响力,2015年起期刊陆续推出了特约综述、要文聚焦、青年论坛、术语商榷、教育教学等新栏目,并设立了专刊专栏。

2021年度《中国生物化学与分子生物学报》高被引频次论文

《中国生物化学与分子生物学报》在广大作者、读者、编委和审稿专家的大力支持与关爱下,有了长足的进步和发展。为感谢作者对我刊影响力所做的重要贡献,我刊根据中国知网被引频次数据评选出13篇2021年度高被引论文。在此对各位获奖者表示衷心的祝贺!

郑集-张昌颖优秀论文奖

“郑集-张昌颖优秀论文奖”是由我国著名教育家、生物化学与分子生物学家、《中国生物化学与分子生物学报》创始人郑集教授(1900-2009)与张昌颖教授(1906-2006)为鼓励青年科技工作者科技创新而出资设立,每年评选4篇论文,评选范围为在《中国生物化学与分子生物学报》发表的生物化学与分子生物学及相关领域具有创新性的基础及应用基础研究论文。获奖者将在当年举办的中国生物化学与分子生物学会全国学术大会上接受颁发的奖金和奖状。

《中国生物化学与分子生物学报》LOGO评选结果出炉

《中国生物化学与分子生物学报》LOGO发布征集以来,得到了广大作者和专业设计师的支持,共收到LOGO作品36件,LOGO作品风格各异,有的严谨,有的飘逸,有的现代,有的古朴,经编辑部投票评选,最终选出4件优秀作品。

沙蚕蛋白酶高效降解变异新冠病毒S蛋白作用与S蛋白的生化特性分析

从今年3月起,WHO不再将新冠病毒感染,列为全球关注的灾害性卫生事件,但是新感染病例依然存在,其原因与病毒基因组经常突变,引起特异抗体失效和免疫逃逸有关,同时特异性治疗药物依然有限。病毒S蛋白是病毒感染宿主细胞的关键结构,S蛋白质突变,导致其结构生化特征和功能等随之变化。我们曾分析了世卫组织(WHO)认定的野生型和5种关切变异毒株的生化特征,并研究证实了日本刺沙蚕碱性丝氨酸蛋白酶(ASP_(NJ))可以高效与相对特异地降解野生型病毒S蛋白。本文分析了Omicron变异毒株(BA.2、BF.7、XBB.1)S蛋白质与ASP_(NJ)相关的生物化学特征,并经SDS-PAGE分析,直观证实了ASP_(NJ)可以高效降解这些S蛋白质,但变异株S蛋白抵抗ASP_(NJ)消化能力更强一些。本文还报告了ASP_(NJ)对野生型假病毒的影响,初步结果显示,ASP_(NJ)可能具有减少野生型假病毒感染293T-CAE2受体细胞的作用。这些结果表明,ASP_(NJ)有可能成为一种新工具酶,用于研究新冠病毒的结构与功能。

立德树人,润物无声——课程思政在《细胞工程》教学中的探索与实践

专业课程思政建设是当前高等教育改革的重要方向之一,构建课程思政教学体系是实现高校立德树人的重大创新举措。作为生物类主干课程,细胞工程是我校最早进行课程思政教学改革的专业课程之一。细胞工程是一门理工交叉学科,具有科学探索和社会责任的双重特点。因此,我们应该以培养学生的科学精神和社会责任感为目标,通过教学内容和方式的改革,促进学生的全面发展。该团队利用课堂主渠道,充分挖掘其教学内容中蕴含的思政元素,与专业知识技能传授进行有机融合,在教学实践过程中取得了良好的效果。本文重点从五个方面详述了细胞工程课程思政的触点结合策略:教书育人与言传身教相结合、专业内容与思政元素相结合、前辈故事与爱国主义相结合、历史回顾与前沿展望相结合、思政方式与专业特点相结合,努力实现立德树人,润物无声。通过将思政元素有机融入细胞工程专业课程,在传授专业知识的同时,引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观,可以促进学生的思想品质和社会责任感的培养,使他们成为具有科学精神、伦理意识和社会担当的细胞工程人才。以上策略也为其他同行或其他课程的思政建设提供一定的参考和借鉴。

糖生物学专栏导读

糖作为生命体的重要组成成份,承载着很多生物学功能:保护细胞、细胞的结构成份、能量来源与代谢组分、细胞与细胞的识别以及细胞内的信号转导。最常见的人类ABO血型的分子基础就是由血细胞表面的糖链结构决定的,流感病毒侵入宿主细胞则是由宿主细胞表面的唾液酸糖作为受体。

论刘思职对我国生物化学教材建设的贡献——纪念刘思职院士诞辰120周年

刘思职教授1942年开始执教于北京大学医学院(以后多次更名),曾任生物化学科(教研组、室、系,以下简称“北医生化”)主任。他于1956年评选为中国科学院学部委员(院士),同年被评为我国第一批一级教授。刘思职于1983年8月去世,享年79岁。刘思职从事教学多年,桃李遍天下。他主持编写的教材在当时生化界几乎人手一册,对我国生物化学发展发挥了巨大作用。刘思职曾担任中国生理学会理事长,在我国生理和生物化学界享有崇高的声望。

假尿苷修饰体外转录mRNA在翻译过程中发生的+1核糖体框架移码

为应对世界范围内的COVID-19疫情,假尿苷(Ψ)修饰的体外转录mRNA(Ψ-IVT-mRNA)被授权应用于SARS-Cov-2 mRNA疫苗。最近,Ψ-IVT-mRNA被发现在翻译蛋白质时发生核糖体“滞顿”,导致+1核糖体移码,在体外和体内翻译出异常的蛋白质。在接种SARS-Cov-2 mRNA疫苗的人群,这种异常蛋白可能激发脱靶T细胞反应或抗体反应或产生其它意想不到的副作用。这一发现对研制有效“安全”的mRNA疫苗/药物有“警示”和指导意义。

运动:一种双向调控疾病中自噬异常的手段

自噬(autophagy)是一种进化上高度保守的细胞降解过程,它可以完成细胞成分的基本周转,并提供能量和大分子前体以维持生物体的代谢与平衡。近年研究发现,细胞自噬水平的失调与多种疾病的发生和发展密切相关,这一点已在多种疾病动物模型中得到验证。过高或不足的自噬水平都可能导致疾病。运动作为一种与能量代谢及细胞内环境变化密切相关的活动,与细胞自噬过程之间有密切关联。而运动对自噬的调节是一个双向的过程。对于自噬不足或过度引起的疾病,运动可以恢复其正常的自噬功能,并起到改善、延缓疾病进展的作用。当前,对于运动调控疾病背景下异常的自噬水平的理论及机制尚缺乏充分的阐述。深入探索和讨论运动对疾病中异常自噬水平的调节,将有助于我们拓展视野,为更全面地理解运动在预防和改善各种与自噬相关的疾病过程中的潜在机制和作用。因此,本综述分析概括总结了运动改善疾病中过高或不足的自噬水平及运动对疾病的缓解效果,梳理了运动与自噬的双向调控关系,并进一步提炼归纳了运动调控异常自噬水平所涉及的相关信号通路。这为探究运动促进健康的机制及理清运动调控自噬之间的关系提供理论依据与参考。

分子生物学中心法则存在两个版本

分子生物学中心法则阐述生物体内的遗传信息流动方向,是重要的分子生物学经典理论之一。中心法则存在两个版本。1957年克里克首次提出中心法则,1958年发表,1970年修改。克里克将遗传信息传递方式分为三组:(1)3种普通传递,在细胞中正常发生,包括DNA→DNA、DNA→RNA和RNA→蛋白质;(2)3种特殊传递,指某些病毒中的RNA→RNA和RNA→DNA,以及体外DNA→蛋白质;(3)3种未知传递,即尚未发现或可能不存在的信息传递,包括蛋白质→蛋白质、蛋白质→DNA和蛋白质→RNA。1965年沃森以蛋白质生物合成途径作为中心法则,将遗传信息传递过程分成两步——转录和翻译,通常简化为DNA→RNA→蛋白质,之后又补充了“RNA复制”和“逆转录”。沃森中心法则的局限性受到质疑。

miR-485-5p靶向氧连接的N-乙酰氨基葡萄糖转移酶抑制前列腺癌细胞的增殖、迁移与侵袭

前列腺癌是男性生殖系统最常见的恶性肿瘤。尽管采用雄激素剥夺疗法等策略在一定程度上对治疗前列腺癌有效,但大多数患者最终会进展为临床尚无有效治疗手段的去势抵抗性前列腺癌。因此,寻找新的更加有效的前列腺癌治疗靶点就显得尤为关键。多项研究表明,微RNA(microRNAs,miRNAs)的异常表达与肿瘤的发生相关。已有报道显示,miRNA-485-5p(miR-485-5p)在多种肿瘤中发挥抑癌作用,但其在前列腺癌中的作用在较大程度上仍未可知。本研究旨在探究miR-485-5p在前列腺癌细胞增殖、迁移与侵袭的作用与机制。生物信息学预测和qRT-PCR检测发现,miR-485-5p在前列腺癌中表达下调。平板克隆形成实验、Transwell实验和划痕愈合实验证明,转染miR-485-5p模拟物显著抑制前列腺癌细胞的增殖、迁移与侵袭。生物信息学预测、双荧光素酶报告法、Western印迹和qRT-PCR检测证实,氧连接的N-乙酰氨基葡萄糖转移酶(O-linked N-acetylglucosamine transferase,OGT)是miR-485-5p的一个下游直接靶标。进一步的分析和检测显示,OGT在前列腺癌中呈高表达,转染OGT的siRNA能够显著抑制前列腺癌细胞的增殖、迁移与侵袭,同时有效逆转转染miR-485-5p抑制物所发挥的促癌作用。综上所述,miR-485-5p可以通过负向调控OGT进而抑制前列腺癌细胞的增殖、迁移与侵袭。本研究结果有助于进一步阐释miR-485-5p在前列腺癌中发生发展的作用和机制,可为寻找前列腺癌的治疗靶点提供实验依据。

CpOGA^(D298N)与核心链霉亲和素Stv13融合表达用于检测蛋白质O⁃GlcNAc修饰

氧连接的β-N-乙酰葡萄糖胺修饰(O-GlcNAc修饰)是一种发生在蛋白质丝氨酸、苏氨酸羟基上的一种动态、可逆的翻译后修饰。O-GlcNAc修饰在细胞的许多关键过程中发挥重要作用,也是研究阿尔茨海默病和糖尿病等的重要途径,但是常用于O-GlcNAc蛋白检测的抗体特异性或者检测分子量范围仍存在问题且耗时(~36 h)过长,对后续研究造成困扰。在本研究中,我们设计构建了产气荚膜梭菌OGA(O-GlcNAcase)突变体(CpOGA^(D298N))与核心链霉亲和素Stv13融合表达质粒pET28a-CpOGA^(D298N)-Stv13。将质粒pET28a-CpOGA^(D298N)-Stv13转化到大肠杆菌BL21(DE3)中进行诱导表达,获得了融合蛋白质CpOGA^(D298N)-Stv13。通过CpOGA^(D298N)特异性结合O-GlcNAc的能力及生物素-亲和素特异性亲和作用,设计了Far-Western blot(Far-WB)用于检测蛋白质O-GlcNAc修饰,利用sOGT(short form O-GlcNAc transferase)、去O-GlcNAc修饰sOGT、细胞裂解液样本及人肝细胞核因子1A(hepatocyte fuclear factor 1A,HNF1A)对该方法进行验证。本研究成功构建了一种蛋白质O-GlcNAc修饰检测方法,耗时相对O-GlcNAc特异性抗体缩短至5~7 h,丰富了蛋白质O-GlcNAc修饰的检测方法,为其后续研究奠定了基础。

淋巴细胞胞质蛋白2在恶性肿瘤发生与发展过程中的免疫调节机制

淋巴细胞胞质蛋白2(lymphocyte cytosolic protein 2,LCP2)是一种衔接蛋白质,在T细胞受体信号通路中扮演重要角色,激活下游信号因子以完成机体的免疫应答过程。LCP2也在恶性肿瘤的发生发展与转移中发挥重要作用,其高表达会导致不良的预后效果,降低患者生存率,其具体作用机制涉及多条信号通路。本文不仅对LCP2的分子结构以及基本功能进行了介绍,而且重点综合评述了LCP2通过参与NF-κB、MAPK、JAK/STAT以及PD-1/PD-L1信号通路调控恶性肿瘤发生与发展的分子机制。总结了LCP2作为肿瘤治疗靶点的潜在作用,为将来用于相关疾病的诊断、治疗和标志物筛选等提供理论基础和参考依据。

组蛋白去甲基化酶KDM5A调控H3K4me3参与神经管畸形发生的分子机制

神经管畸形(NTDs)的病因与防治是出生缺陷领域研究的重点,叶酸可以预防神经管畸形但其机制不明。本文借助低叶酸细胞模型和低叶酸NTDs小鼠模型通过染色质免疫共沉淀、Cut&Tag等技术,探讨了组蛋白去甲基化酶lysine demethylase 5A(KDM5A)及其调控的下游组蛋白H3K4me3修饰在叶酸缺乏导致的NTDs发生中的潜在分子机制。结果显示,低叶酸的细胞模型中,qRT-PCR、Western印迹结果显示,KDM5A分子表达明显下降(P<0.05)。作为组蛋白H3K4me3调控的上游关键酶,进一步通过染色质免疫共沉淀ChIP、ChIP-qPCR实验证实,叶酸缺乏下组蛋白H3K4me3在神经发育基因Axin 2和Atoh 1基因启动子区富集增加(P<0.05)。通过构建KDM5A基因敲除细胞模型,借助Cut&Tag试验证实,KDM5A基因敲除后H3K4me3主要富集在神经发育基因上。最后在低叶酸导致的NTDs小鼠模型的脑组织中,RT-qPCR、Western印迹以及ChIP-qPCR实验显示,E9.5 d的NTDs胎鼠脑组织中KDM5A表达下降(P<0.05),Axin2、Atoh1表达升高(P<0.05),Axin2、Atoh 1基因启动子区的H3K4me3富集增多(P<0.05)。综上所述,KDM5A蛋白在叶酸缺乏导致的NTDs中发挥重要作用,其可通过调控下游H3K4me3进而调控神经发育靶基因Axin2、Atoh 1异常表达,介导NTDs的发生。本研究从叶酸缺乏介导KDM5A调控组蛋白修饰来探讨NTDs的发病机制,为降低出生缺陷,促进生殖健康提供依据。

狭缝引导配体13′UTR通过miR-34a-5p/SIRT1轴调节内皮细胞表型

在高等生物的进化过程中,mRNA的3′非翻译区(3′untranslated region,3′UTR)序列显著增加,提示3′UTR在生物功能调节中可能发挥重要作用。我们发现狭缝引导配体1(slit guidance ligand 1,SLIT1)3′UTR在肥厚型心肌病(HCM)患者心肌中水平降低,但其对肥厚心肌中血管功能调节的作用机制不清楚。利用腺病毒介导在主动脉内皮细胞(human aortic endothelial cells,HAECs)中过表达SLIT13′UTR,检测HAECs中一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthases,eNOS)和血管内皮生长因子A(vascular endothelial growth factor,VEGFA)表达。分别采用划痕实验和基于Matrigel胶的管腔形成实验检测HAECs的迁移和成管腔能力。结果发现,过表达SLIT13′UTR会升高HAECs中p-eNOS、eNOS和VEGFA水平(P<0.01),并促进HAECs迁移和成管腔能力(P<0.01)。生物信息学预测提示,SLIT13′UTR上有多个微RNA(miRNA)的潜在结合位点,反义RNA纯化技术(RNA antisense purification,RAP)筛选和利用Ago2抗体进行RNA结合蛋白质免疫沉淀(RNA binding protein immunoprecipitation,RIP)结果显示,SLIT13′UTR与miR-34a-5p存在结合作用,而过表达SLIT13′UTR的HAECs中miR-34a-5p水平显著降低(P<0.05)。Western印迹结果证实,miR-34a-5p可逆转过表达SLIT13′UTR对去乙酰化酶SIRT1的上调作用(P<0.05)。在HAECs中转染miR-34a-5p和si-SIRT1,可一致地抑制过表达SLIT13′UTR引起的p-eNOS、eNOS和VEGFA增加(P<0.05,P<0.01),及促进HAECs迁移和成管腔的能力(P<0.01,P<0.001)。因此,SLIT13′UTR可以特异性吸附miR-34a-5p,通过miR-34a-5p/SIRT1轴发挥促进内皮细胞迁移和管腔生成的作用。

学界泰斗 一代宗师——纪念导师刘思职教授一百二十诞辰

刘思职教授1904年3月15日生于福建仙游,1925年留学美国西南大学化学系,1929年获博士学位。1930年到北平协和医学院生物化学系任讲师。刘思职教授从1942年起就职于北京大学医学院,并长期担任生化科(组、室、系)主任。今年是刘思职教授诞辰120周年,我们曾有幸从师于刘思职教授,深感他对我国生物化学学科发展中的重要贡献,他严谨的治学精神和科学思想对我们此后科研教学工作都产生了及其积极的影响。

真核生物mRNA应激状态下的帽-非依赖性翻译

在真核生物中,mRNA翻译过程包括起始、延伸和终止。其中,翻译的起始阶段最为重要且复杂,它决定了mRNA能否被有效翻译成蛋白质。根据翻译起始机制的不同,真核生物mRNA翻译可以分为传统的帽-依赖性翻译和替代机制帽-非依赖性翻译。当外部环境的刺激或细胞自身的改变使细胞处于应激状态时,传统的帽-依赖性翻译被抑制或下调,替代机制帽-非依赖性翻译得以启动,以保证翻译的顺利进行。真核生物在应激状态下为了维持蛋白质合成的需求,采用多种翻译起始机制来实现帽-非依赖性翻译。其中较常见的是IRES(internal ribosome entry site)、m6A修饰和CITE(cap-independent translation enhancer)所启动的翻译。这些机制允许核糖体在mRNA的特殊区域内部进行启动,而不依赖于传统的m7G帽结构。通过这些机制,真核生物可以在应激状态下仍然进行蛋白质合成,以满足细胞的需要。本文在总结传统帽-依赖性翻译研究进展基础上,着重介绍IRES、m6A和CITE所启动的帽-非依赖性翻译,为更好地探索细胞应激状态下的翻译机制提供参考,为未来的翻译研究和应用提供更多的思路。

赖氨酰氧化酶LOXL2稳定性的理论计算研究

赖氨酰氧化酶LOXL2是一种依赖于铜离子的胺氧化酶,催化胶原蛋白和弹性蛋白的赖氨酸残基侧链发生氧化脱氨,发挥着稳固细胞外基质的作用。而稳定性是蛋白质的一个重要特性,直接影响蛋白质的分子动态及其正常功能发挥,这与人类的健康和疾病密切相关。然而,关于LOXL2的稳定性目前鲜有报道,哪些位点对其稳定性有显著影响尚不清楚。本研究采用冷冻电镜和Alphafold2的数据,建立LOXL2的全长结构,通过分子动力学模拟得到其优化构象。再通过4种方法(mCSM,PremPS,DeepDDG和FoldX),计算所有位点的稳定性属性,筛选出对稳定性有显性影响的位点(定义为关键位点)。结果表明,95个关键位点对LOXL2的稳定性具有显著影响,在5个结构域上的分布数量依次为14、13、8、11和26,而结构域间的连接肽段上也有23个关键位点。在这些关键位点中,类型及数量分别为Leu(24个)、Val(20个)、Ile(12个)、Trp(11个)、Phe(11个)、Tyr(6个)、Cys(6个)、Met(4个)和Arg(1个)。其中大部分关键位点(88个)为疏水性质,这与蛋白质折叠的主要力量为疏水作用的情况是一致的,而Cys两两成对,构成二硫键,对LOXL2的结构及功能发挥重要作用。讨论中,我们将预测结果与实验值进行比较,并用自由能微扰方法,对部分关键位点进行比较,从多方面论证此项工作的可信度。此项研究,可为靶向LOXL2的疾病治疗研究,提供重要指导。