线粒体逆行信号在肿瘤进展中的研究现状

线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所,被誉为细胞的动力工厂。除了供能,线粒体还可作为信号转导中心在调控细胞生理功能及疾病发生等过程发挥重要作用。例如,在线粒体受损情况下,其会将损伤信号传递到细胞核,从而激活适应性的转录以调节细胞的代谢状态。这些由线粒体向细胞核传递的信号被称为“线粒体⁃细胞核逆行信号”。最近的研究揭示,通过改变线粒体代谢物的水平或应激信号,线粒体向细胞核的逆行信号可引起各种表观遗传变化,并与肿瘤的发生、恶性进展和治疗等过程密切相关。鉴于此,本文总结了近期关于线粒体⁃细胞核逆行信号如何调控表观基因组及调控肿瘤的研究进展,以期为建立肿瘤预防和治疗新策略提供新视角。

线粒体逆行信号——治疗相关疾病的新途径

线粒体在细胞代谢过程中发挥关键作用,除了合成ATP外,还参与许多生理病理过程,包括细胞凋亡、炎症、氧化应激、神经元病变、肿瘤发生发展和衰老等。大多数线粒体蛋白质的基因转录发生在细胞核中,因此线粒体的生物发生和线粒体稳态的维持主要取决于核基因(nuclear DNA, nDNA)的表达以及线粒体-细胞核相互作用。反之,线粒体可以通过核转录因子而影响核内基因的表达,称为线粒体逆行信号(mitochondrial retrograde signaling)。本文综合线粒体-细胞核逆行信号的传导过程及调控机制的研究进展,阐述线粒体调控核内基因的途径和影响生命活动的机制,探讨线粒体逆行信号与疾病的关系及疾病治疗新策略。

叶绿体及其逆行信号研究进展

植物和藻类能够通过叶绿体进行光合作用并将光能转化为生物可利用的化学能。叶绿体也是合成脂肪酸、维生素和氨基酸等必需化合物的主要细胞器。因此,叶绿体的正确形成和行使功能对于植物和藻类的生长和发育至关重要。叶绿体是植物细胞所特有的半自主性细胞器,含有独立的核外基因组且基因组中包含很多功能基因,这些基因表达对叶绿体行使功能至关重要。研究表明,叶绿体还可以通过逆行信号来调控植物核基因表达,从而协调植物的生长和发育及其对环境胁迫的响应。本文总结了叶绿体发育、叶绿体逆行信号转导及其在植物发育和逆境胁迫响应中的作用。

突触传递逆行性信号分子的实时电化学监测

神经系统是人体重要的指挥系统,神经细胞之间的信息交流主要依赖于突触前分泌的神经递质等顺行性信号分子以及突触后释放的逆行性信号分子。一氧化氮(NO)是一种重要的逆行性信号分子,能够调节突触强度和突触可塑性以适应不同的生理需求。然而,目前鲜有逆行性信号分子释放检测的报道。为了实现突触后释放逆行性信号分子NO的实时监测,本研究在碳纤维电极表面修饰铂纳米颗粒,构建了一种具有高时空分辨率、高灵敏度、响应快速的超微电化学传感器。首先采用L-精氨酸和谷氨酸刺激海马神经元,证明了海马神经元合成NO以及细胞膜上N-甲基-D-天冬氨酸受体结合谷氨酸后释放NO的能力。在此基础上,利用高钾溶液刺激突触前神经元胞体模拟神经冲动,诱导突触前释放神经递质谷氨酸,成功检测到突触后神经元产生的NO信号。本研究结果直接证实了突触传递过程伴随着逆行性信号分子释放,建立的方法为研究神经系统反馈调节和突触可塑性机制提供了有力的工具。

活性氧诱发的植物亚细胞间通讯

在正常发育和应激条件下,活性氧(reactive oxygen species,ROS)均会在植物细胞的不同细胞器中产生,如线粒体呼吸作用和叶绿体光合作用都是ROS的重要来源。ROS虽然对细胞存在潜在的毒害,但是适量的ROS可以作为信号分子激活信号传导通路引起细胞器内多种生理反应,从而协调亚细胞器的代谢功能及相互作用。尽管这些过程已被广泛研究,但ROS在植物亚细胞器间的通讯过程所发挥的作用则相对零散。综述了ROS的种类及其产生途径,重点介绍了植物细胞如何感知并响应ROS以及细胞器间的ROS信号传递过程。这些结果将有助于理解ROS作为信号分子在线粒体、叶绿体和细胞核信号交流中的作用。

GUN1调控质体/叶绿体蛋白稳态的分子机制

细胞内蛋白稳态(proteostasis)的维持对机体正常生长发育至关重要。在植物细胞中,质体/叶绿体作为半自主细胞器,具有由核基因组和自身基因组编码的蛋白构成的蛋白质组。因此,质体中蛋白稳态的维持不仅需要质体自身调控,还需要其与细胞核之间通过逆行信号进行协调。GUN1 (GENOMES UNCOUPLED 1)被认为是介导质体逆行信号的中央枢纽。最新研究结果进一步揭示GUN1在多维度参与调控质体蛋白稳态。本文重点综述GUN1调控质体蛋白稳态分子机制的研究进展。