错误折叠蛋白质的聚集效应及其对策

错误折叠蛋白质大量聚集将引发蛋白质构象紊乱症(proteinconformationaldisorder,PCD)。目前的研究发现,蛋白质聚集过程中的中间体(纤维前体,pre-fibrillar)导致细胞膜结构受损,从而诱发细胞凋亡。根据这一原理设计出的抗纤维前体抗体和干扰肽可以作为PCD治疗的一般性方法。此外,该文就消除错误折叠蛋白质聚集的研究方向作了展望。

多因素异常修饰导致体内蛋白质选择性错误折叠和功能丧失的假设

蛋白质异常修饰导致错误折叠的机制目前尚不清楚.提出如下设想:细胞内的蛋白质分子可能发生多种异常修饰,引起蛋白质选择性错误折叠和聚积而导致神经退行性疾病.

蛋白质错误折叠相关疾病的多肽药物研究进展

蛋白质和多肽发生错误折叠形成不可溶的淀粉样纤维的过程,与阿尔茨海默病、帕金森病等多种神经退行性疾病密切相关。这些疾病可导致认知能力下降以及运动缺陷等症状。虽然已有多种相关治疗方案处于临床试验中,但目前仍无明确有效的方法可治愈或长期减缓疾病的进展。探寻和研究抑制淀粉样聚集、识别并促进毒性聚集物清除的抑制剂分子是药物研发的重要策略之一。在不同类型的抑制剂中,多肽类抑制剂因具有高特异性、低毒性、多样性,以及修饰后的抗水解稳定性和血脑屏障通透性,有望成为候选药物分子。本文总结了针对阿尔茨海默病相关的Aβ和Tau蛋白以及帕金森病相关的α-synuclein蛋白淀粉样纤维化的多肽抑制剂研究进展。基于淀粉样纤维化核心序列及纤维核心结构进行合理设计,或通过随机筛选,均可获得多肽抑制剂。这些天然和非天然的多肽分子大多具有抑制淀粉样纤维化、解聚成熟纤维和降低细胞毒性的作用,其中一些多肽在退行性疾病动物模型实验中,显示出降低脑损伤和缓解认知及运动障碍的效果。这些研究揭示了多肽作为蛋白质错误折叠和聚集相关疾病药物的特点,为研发一类新的有效药物奠定了基础。

内质网应激与蛋白质错误折叠相关疾病的研究进展

蛋白质的错误折叠会导致疾病。错误折叠蛋白质在内质网中滞留和蓄积会触发内质网应激(ERS)和未折叠蛋白反应。既往研究已经证实ERS与蛋白质错误折叠相关疾病有密切联系。本文将阐述ERS以及其在蛋白质错误折叠相关疾病中的研究进展,为临床治疗这类疾病提供新的理论依据。

蛋白质错误折叠循环扩增技术

目前发现有多种人类及动物疾病是由体内蛋白质的错误折叠引起的,其中朊毒粒病因具有传染性而备受关注。朊毒粒病研究的核心问题之一是正常细胞朊蛋白(PrPc)向异常致病朊毒粒(PrPSc)转变的机制。蛋白质错误折叠循环扩增技术(protein misfolding cyclic amplification,PMCA)就是最新发明的在体外诱导朊蛋白(PrPc)产生错误折叠生成朊毒粒(PrPSc)的技术。该文将概要介绍此项技术的原理、技术要点及在诊断与基础研究方面的应用前景。

蛋白质折叠与淀粉样沉积的产生

蛋白质是生物体内一切功能的执行者,而蛋白质正确折叠则是发挥其生理功能的一个重要前提条件。近年来研究发现,蛋白质的错误折叠可以形成淀粉样沉积进而导致一些疾病的产生。探讨了蛋白质折叠和淀粉样纤维产生的机制。

内质网压力响应相关的蛋白质降解

内质网相关蛋白质降解途径(ERAD),即蛋白质分泌过程中错误折叠或未折叠的蛋白质在内质网中被识别并逆向运输到细胞质经聚泛素化后由蛋白酶体降解的过程.自从发现该途径后对其机制的阐明一直处于不断探索的阶段.近年来,对ERAD底物识别、逆向运输和泛素化新组分的发现以及新技术的应用,使得该途径的具体分子机制更加清晰.本文全面梳理并综述了内质网应激响应、ERAD降解过程与机理的最新进展,并对模式蛋白底物和最新研究方法进行了总结,以期展示该领域的研究概况.

22L毒株朊蛋白错误折叠循环扩增方法的建立

参考Saborio和Soto创建的名为蛋白质错误折叠循环扩增(protein misfolding cyclic amplification,PMCA)的方法建立一种22L毒株系朊蛋白错误折叠循环扩增方法,以便研究22L毒株系异常朊蛋白(scrapie PrP,PrPSc)的合成机制。在阴离子去污剂十二烷基硫酸钠(SDS)存在的条件下,这种方法可以通过超声降解从而重复扩增产物,并在仓鼠脑匀浆中快速有效的模仿体内朊病毒PrPSc的复制,因此可以在几个小时内高浓度扩增PrPSc。已有试验结果发现,PrPSc体外转化率在使用粗提的脑组织匀浆时比使用纯化重组PrP更高,这个发现暗示着高效率的PrPSc转化可能还需要探索其他未知的宿主因素。研究结果表明,建立的这种改良的PMCA技术可用于研究PrPSc合成的生物化学机制,以此来进行诊断与治疗方法的研究。

非变性离子淌度质谱在蛋白质结构及构象疾病研究方面的应用

离子淌度质谱技术可以分离空间尺寸或构象不同的离子,能够在近似生理条件下表征蛋白质及其复合物的构象,可提供蛋白质及其复合物的构象稳定性及异质性、化学计量比等多重信息,已成为蛋白质构象及蛋白质-配体相互作用研究的重要手段。非变性离子淌度质谱还具有灵敏捕获蛋白质构象动态转变的特点,适用于低浓度、高异质性的蛋白混合物分析。本文综述了离子淌度质谱的基本原理、获取数据及信息形式、以及在蛋白质构象及蛋白质-配体相互作用研究领域的应用进展,重点关注其在蛋白质错误折叠、聚集动力学及与配体相互作用的应用研究。

α-突触核蛋白的结构生物学研究

α-突触核蛋白(α-synuclein, α-syn)聚集形成纤维状结构,进而形成路易小体(Lewy bodies, LBs)。LBs是帕金森病(Parkinson’s disease, PD)、多系统萎缩(multiple system atrophy, MSA)和路易小体痴呆(dementia with Lewy bodies, DLB)等神经退行性疾病的典型细胞病变特征,也是发病的一个关键环节。近年来,冷冻电镜技术的进步使解析高分辨率α-突触核蛋白原纤维结构成为可能。对α-突触核蛋白不同聚集形态的深入探究,能为理解神经退行性病变的分子机制、α-突触核蛋白毒性形式的性质以及α-突触核蛋白聚集影响的信号途径等提供帮助。本文综述目前已知的不同形态α-突触核蛋白结构,阐述α-突触核蛋白单体、寡聚体和不同聚集形式原纤维的结构特征。α-突触核蛋白寡聚体由于其结构不稳定,目前尚无明确的结构信息。但目前已有多个α-突触核蛋白原纤维结构被解析,包括重组蛋白体外制备的和多系统萎缩(MSA)患者体内分离的原纤维。这些原纤维直径由5 nm的单股原纤维至10 nm的双股原纤维不等。不同的体外制备条件可生成不同构象与聚集形式的α-突触核蛋白原纤维,表现出结构异质性。部分家族性PD相关的α-突触核蛋白突变位点位于原纤丝间的相互作用界面。本文依据α-突触核蛋白原纤维中单体的结构和原纤维的组装形式,对α-突触核蛋白原纤维的结构进行分类归纳,以期为探索针对α-突触核蛋白结构的PD诊断与药物开发提供信息。

全长朊粒蛋白淀粉样纤维引发细胞毒性的机制研究

目的 朊病毒病(prion disease)是一类由朊粒蛋白(PrP)发生错误折叠、聚集形成致病性的PrPSc导致的具有高致死率的神经退行性疾病。本文在细胞和动物水平开展了PrP纤维诱导内源PrP聚集和毒性机制的研究。方法 通过超速离心结合蛋白质免疫印迹实验检测PrP聚集;通过氧化压力实验,使用Annexin V-FITC/PI双染检测细胞凋亡;运用细胞超薄切片技术检测细胞线粒体形态;在动物水平,分离新生小鼠的前额叶,进行横断切片培养,在脑片上接种PrP纤维。结果 PrP纤维种子可以诱导内源PrP聚集,PrP纤维可以诱导细胞内氧化压力升高和细胞凋亡,PrP纤维可以引起线粒体损伤,PrP纤维可以诱导小鼠前额叶内源PrP聚集。结论 本文在细胞和动物水平证实体外组装的PrP淀粉样纤维具有细胞毒性和潜在的感染性。

蛋白质错误折叠与神经退行性疾病

许多神经退行性疾病的发生是由蛋白质错误折叠引起的,这类疾病被称为蛋白质错误折叠病。蛋白质突变、泛素-蛋白酶和自噬功能的失常与蛋白质错误折叠的发生,异常蓄积和聚集有关。本文综述了蛋白质错误折叠和聚集的机制和神经退行性疾病的有关研究进展。

蛋白质错误折叠循环扩增及其在朊病毒蛋白检测中的应用研究进展

朊病毒蛋白(prion protein,PrP)是传染性海绵状脑病的病原体,其检测是该病诊断的重要依据。该文从原理、方法、影响因素和检测应用方面对蛋白质错误折叠循环扩增(protein mis-folding cyclic amplification,PMCA)这种朊病毒蛋白新型检测技术做了介绍,旨在为朊病毒蛋白的检测和发病机制研究提供理论参考。

大分子拥挤在蛋白质质量控制体系中的作用

神经退行性疾病(如阿尔茨海默病和人的纹状体脊髓变性病)的临床症状之一是蛋白质错误折叠形成有规则的纤维化聚集体,这些疾病给人类健康带来了重大威胁。

蛋白质体外扩增技术在神经退行性疾病诊断中的应用

神经退行性疾病患者被诊断时通常已经处于疾病晚期,该类疾病的诊断主要取决于临床症状的鉴别,给诊断造成一定的困难。目前已经逐渐开始尝试对神经退行性疾病进行早期诊断。蛋白质体外扩增技术包括蛋白质错误折叠循环扩增(Protein Misfolding Cyclic Amplification, PMCA)和实时震动诱导转化(Real-time Quaking-induced Conversion, RT-QuIC),是用于检测错误折叠的蛋白质聚集体的超灵敏蛋白质扩增法。随着该类技术不断地改进,目前已逐渐应用于朊病毒病、突触核蛋白病、阿尔茨海默病和皮克氏病等疾病中错误折叠蛋白的检测。PMCA和RT-QuIC技术在临床症状出现前的早期阶段也显示出很高的检测灵敏度和特异性,并且可以进行鉴别诊断,这两种检测手段作为实验室辅助诊断方法,具有巨大的应用前景。

利用PMCA技术实验不同剂量MCT联合DTT对PrP^(sc)转化的抑制效应

蛋白质错误折叠循环扩增(protein misfolding cyclic amplification,PMCA)技术,是一种具有感染性的朊蛋白(PrPsc)体外扩增的技术,可用于抑制细胞型朊蛋白(PrPc)向PrPsc转化药物的筛选.本研究在Saborio等提供的方法基础上,成功优化了最佳扩增时间,利用优化的PMCA技术实验了不同剂量氮芥(mechlorethamine,MCT)联合二硫苏糖醇(dithiothreitol,DTT)对PrPsc转化的抑制效应.结果发现,MCT联合DTT能体外抑制PrPc向PrPsc的转化,抑制作用具有明显的量效关系.利用针对人PrPc不同结构域的抗体发现,MCT联用DTT可使抗体6H4的抗原表位隐蔽,该表位位于PrPc第1个α螺旋区内,是构象转化的主要部位.对其机制的深入探讨,将有助于新一类可传播性海绵状脑病(transmissible spongiform encephalopathy,TSE)治疗药物的研发.

神经变性构象病及其分子基础

构象病的概念被广泛用于命名与蛋白质的构象异常相关的疾病。随着生命科学的进步,人们对神经变性疾病发病的分子机制有了较好的认识,发现几乎所有的此类疾病,诸如阿尔采末病(AD)、帕金森病(PD)、亨廷顿病(HD)以及朊蛋白病(PrD)等都具有一个共同的特征,即病变细胞中蓄积有大量错误折叠并易于聚合的蛋白质,这符合构象病的特点,所以又派生了神经变性构象病的新概念。近年来,人们在神经变性构象病的蛋白质错误折叠和聚合以及其细胞毒性方面的认识越来越走向深入,这将对寻找有效的治疗方法起到极大的推动作用。

聚集诱导发光的基本科学问题年度报告(2013)

建立和完善AIE模型和理论可以为分子设计、材料制备、聚集体结构调控及器件实际应用等方面提供了理论指导。2013年度该研究重要进展如下:(1)基于第一性原理计算,定量考察了位阻、温度、聚集等因素对分子体系发光性质的影响。从微观角度给出了分子聚集诱导发光机理:分子激发态的无辐射能量衰减通道主要是对应于低频模式的芳香环扭转和高频模式的碳碳伸缩振动。当位阻增加、温度降低或者分子聚集时,芳香环的转动受限,无辐射能量衰减通道被抑制,从而提高分子的荧光量子产率,荧光增强;为了更深层次地理解蓝色磷光分子结构与发光效率之间的关系,结合密度泛函理论,运用我们最近发展的系间窜越速率的振动关联函数计算方法,定量研究了新型蓝光发射分子fac-tris(2-(4,6-difluorophenyl)pyridyl iridium(facIr(F2ppy)3)的磷光光谱、辐射跃迁和无辐射跃迁速率及其与温度的依赖关系,计算结果很好地解释了实验测量结果。理论研究表明可以通过分子设计来抑制这些振动来进一步提高这类材料的发光效率。(2)研究了AIE分子作为生物探针和生物体系的相互作用。BSPOTPE分子和蛋白质可以通过BSPOTPE的芳香环和蛋白质疏水性氨基酸之间的疏水相互作用结合,研究表明,BSPOTPE可以同时作为胰岛素分子错误折叠纤维化的过程的探针和抑制剂。运用Markov态模型对导致II型糖尿病的h IAPP蛋白质误折叠聚集进行了理论研究,找到了一些可能导致其聚集的重要的构象态,初步实验中也证实了AIE分子有可能作为h IAPP蛋白质聚集的分子探针和抑制剂。(3)发展一种利用不水溶的荧光探针和水凝胶体系定量检测纯水中F的新方法。合成了一个新的荧光探针N-(3-(benzo[d]thiazol-2-yl)-4-(tertbutyldiphenylsilyloxy)phenyl)acetamide(BTBPA),其与F作用后荧光颜色由蓝色变为绿色。这种方法可以在15 s内定量检测浓度低至饮用水标准级别的F,具有检测速度快,灵敏度高,选择性好等特点。而且该方法可使用非水溶性荧光探针,大大扩展了可用于离子检测的荧光分子应用范围。

一种基于连续PMCA的PrP^Sc体外扩增方法的建立

为建立一种基于蛋白质错误折叠循环扩增(PMCA)的体外稳定扩增方法以观察PrPSc是否能在体外连续传代,我们分别制备了正常仓鼠和羊瘙痒病因子263K感染的发病仓鼠的全脑匀浆,将两种脑匀浆以不同体积比混合后,分别进行144个循环的直接PMCA和每轮48个循环、共8轮的连续PMCA,用Western blot对PrPSc的扩增情况进行检测。结果显示,与常规的直接PMCA方法相比,连续PMCA能更有效地使低浓度的PrPSc扩增到可检出的水平,表明连续PMCA可以支持羊瘙痒因子263K在体外长期稳定的复制。连续PMCA方法是一种体外高效地扩增PrPSc的方法,有潜力成为一种Prion体外培养方法,用于研究Prion错误折叠和复制机制,以及检测脑组织、外周组织和体液样品中的微量PrPSc。