真核细胞非经典蛋白分泌途径

在生物体中,细胞间的信息传递是细胞生长、分化、发育、增殖、凋亡等生命活动的基本保证,而蛋白分泌是细胞间信息传递的重要方式。大多数分泌蛋白都是通过内质网-高尔基体(ER-Golgi)途径分泌的。然而越来越多的研究表明,存在着一类无信号肽的分泌蛋白,这类蛋白不依赖ER-Golgi途径就能分泌到细胞外发挥功能,被称为非经典分泌蛋白。非经典蛋白的分泌有其特有的机制,它对ER-Golgi分泌途径是一种必要和有益的补充。非经典分泌与细胞增殖、免疫反应、肿瘤形成、传染病病理学等密切相关。文章旨在对非经典分泌蛋白的特点、分泌机制及生物学意义进行概述。

非经典的蛋白质分泌途径

蛋白质分泌是细胞间进行信息传递的重要方式之一。一般的分泌蛋白在其N端都具有信号肽序列,可以通过经典的内质网-高尔基体途径进行运输,并最终分泌到细胞外。近来发现细胞内存在另一类分泌蛋白,它们能够分泌到细胞外发挥功能,但却没有典型的信号肽序列,被称为非经典分泌蛋白。越来越多的证据表明,这类蛋白质的分泌有其独特的机制。本文综述了这类蛋白质的各种分泌机制及可能的生理意义。

菜豆根瘤菌CFN42全基因组非经典分泌蛋白的预测与分析

为了深入了解生物固氮的分子机理,利用Secretome P2.0和Signal P4.1对菜豆根瘤菌CFN42全基因组进行预测,结果发现,在5 963个蛋白质中,非经典分泌蛋白596个,约占总数的10%,主要涉及底物转运,毒力侵染,物质代谢等方面。在有功能描述的215个分泌蛋白中,识别了I、III、IV型分泌系统,这些蛋白质在侵染和根瘤发育方面发挥了重要作用;在381个假定蛋白中,通过结构域分析,发现了Tad、Cupin、Om PA和Csb D结构域,含有这些结构域的非经典分泌蛋白可能参与了根瘤菌的宿主专一性。在豆科植物-根瘤菌固氮体系中,非经典分泌蛋白发挥了重要作用。

肝细胞生成素——一种非经典分泌蛋白

肝细胞生成素(hepatopoietin ,HPO)是一种分泌蛋白.为了研究肝细胞生成素的分泌途径,利用SignalP软件分析了HPO的氨基酸序列,但HPO序列中没有经典分泌蛋白的信号肽.Western印迹实验证明,HPO能以双体形式从细胞中分泌出来.特异性体外阻断实验表明,布雷菲尔德菌素A(brefeldinA)和莫能菌素(monensin)都不能阻断HPO的分泌,说明HPO并不通过经典的内质网 高尔基体(ER -Golgi)途径分泌;优降糖(glyburide)对HPO的分泌没有抑制作用,说明HPO的分泌并不是由ABC1(ATP bindingcassette)转运子介导的;DNP和NH4Cl也不能刺激HPO的分泌,说明内体 溶酶体系统不参与HPO的分泌.上述结果表明,HPO是一种非经典分泌蛋白(non classicalsecretoryprotein) ,能以双体形式从细胞中分泌出来.但和已知的非经典分泌蛋白IL -1β不同,HPO的分泌并不是通过ABC1转运子介导的,内体 溶酶体系统也不参与其分泌.

基于支持向量机的癌细胞经典分泌蛋白与非经典分泌蛋白识别研究

基于支持向量机算法,本文提出了一种能快速准确区分癌细胞经典分泌蛋白与非经典分泌蛋白的方法.通过严格的特征筛选,氨基酸组成、位置特异性得分矩阵和信号肽组成了最优特征集.测试集检测结果表明,本方法对癌细胞经典分泌蛋白与非经典分泌蛋白具有较强的区分能力,可为寻找到不同种类癌症间通用的生物标志物提供理论参考.

SPNG+:基于stacking集成策略预测革兰氏阳性菌非经典分泌蛋白质

革兰氏阳性菌通过分泌毒力因子入侵宿主细胞引起化脓性炎症,进而导致疾病的产生,威胁人类健康。识别分泌蛋白有助于了解细菌分泌系统和致病机理,并为进一步筛选出毒力因子奠定基础。由于非经典分泌蛋白质缺乏经典信号肽序列,大规模实验鉴定此类蛋白质相对困难并且耗时耗力。目前,虽相继提出了一些计算预测方法,但它们对革兰氏阳性菌非经典分泌蛋白质的预测性能并不令人满意。本文提出了一个集成学习模型——SPNG+(Stacking ensemble method to Predict Non-classical secreted proteins in Gram-positive bacteria),该模型通过stacking策略融合朴素贝叶斯、随机森林、支持向量机、两个梯度提升树XGBoost和LightGBM以及K近邻算法。五折交叉验证和独立数据集测试结果表明,此集成模型在预测革兰氏阳性菌非经典分泌蛋白质时综合性能优于单一模型、简单的集成学习模型和已有的预测工具。相较过去仅用有限的特征编码方法,或者单一机器学习算法进行构建的预测器,本文提出的方法是对革兰氏阳性细菌中非经典分泌蛋白质研究的有益补充。SPNG+的源代码可以通过https://github.com/weidai00/SPNG获得。

可可毛色二孢菌全基因组非经典分泌蛋白的预测及致病相关性分析

可可毛色二孢(Lasiodiplodia theobromae)是一种世界性分布的重要植物病原真菌,可侵染500余种木本植物,危害严重。分泌蛋白在病原菌的侵入、扩展、定殖以及病害发生过程中发挥着重要作用,目前有关经典分泌蛋白的研究较多,而对于非经典分泌蛋白在植物病原真菌致病过程中的作用研究较少。本研究基于L.theobromae全基因组序列,通过生物信息学预测,得到238个候选非经典分泌蛋白编码基因。基因功能预测及富集分析结果显示,这些基因在碳硫裂解酶活性(Car-bon-sulfur lyase activity)通路中被富集。基于PHI-base病原-宿主互作数据库的注释信息,其中有15个非经典分泌蛋白编码基因可能参与了L.theobromae的致病过程。ApoplastP软件预测结果显示,其中4个定位于植物细胞质外体,11个定位于植物细胞内。经反转录荧光定量PCR(RT-qPCR)分析证实,这些候选关键非经典分泌蛋白编码基因的转录水平在葡萄枝条组织诱导条件下发生了显著的变化。根据本研究结果,非经典分泌蛋白在葡萄—L.theobromae互作体系中可能发挥着重要作用,这为深入解析非经典分泌蛋白对L.theobromae致病力影响的机制奠定了基础。

小鼠新分泌蛋白基因mBolA1的克隆与鉴定

采用生物信息学工具预测与实验相结合的方法得到了一个新的小鼠分泌蛋白基因mBolA1。该基因定位于染色体3F2,cDNA全长为730bp,编码137个氨基酸的蛋白,该蛋白含有一个保守的BolA结构域,等电点为9.05。用RT-PCR方法从鼠的混合cDNA库中克隆到mBolA1。Western blot实验表明mBolA1能从瞬转的COS-7细胞中分泌到细胞培养液中。亚细胞定位显示mBolA1定位于细胞浆,且与高尔基体不共定位,提示它是个非经典分泌途径的分泌蛋白。RT-PCR显示mBolA1在组织中广泛表达。它的具体功能有待进一步研究。

非经典分泌蛋白研究进展

在哺乳动物中,绝大多数细胞外蛋白的分泌是通过内质网/高尔基体依赖的分泌途径,也称作经典分泌途径来实现的。但是越来越多的细胞外蛋白被发现不依赖内质网/高尔基体分泌途径却可以分泌到细胞外。这些非经典分泌蛋白是生命过程中的重要分子,对分析和解决生物医学问题具有重要意义。

哺乳动物非经典分泌信号肽介导重组EGFP蛋白向毕赤酵母细胞壁转运

为探索哺乳动物非经典分泌信号肽在毕赤酵母表达系统中引导重组蛋白分泌的作用,本研究将一段来源于小鼠同源异型框蛋白(En2)的分泌信号序列(SS)融合至EGFP蛋白的N端,在毕赤酵母中表达。实验结果显示SS信号肽能通过一种不同于经典的内质网-高尔基体分泌通路的方式将EGFP蛋白分泌至细胞膜表面,与α交配因子前导肽相比,显著降低了细胞的内质网压力。本研究提示哺乳动物非经典分泌信号肽可作为递送重组蛋白至酵母膜表面的一项工具。

利用非经典分泌蛋白质实现脂肪酶A的分泌表达

【目的】以枯草芽孢杆菌脂肪酶A(Lipase A)为报告蛋白,尝试利用4种非经典分泌蛋白质及其前50个氨基酸作为分泌信号以实现其分泌表达。【方法】我们扩增了脂肪酶A的编码基因和非经典分泌蛋白质的编码序列,构建了8种针对脂肪酶A的分泌表达载体,并转化至枯草芽孢杆菌WB800菌株,通过测定重组菌株的酶活、利用蛋白质电泳和免疫印迹等技术检测脂肪酶A的分泌情况【结果】以Pdh A的氨基酸序列和Sod A、Eno的前50氨基酸序列作为分泌信号的重组菌株较好的实现了脂肪酶A的分泌表达。【结论】部分非经分泌蛋白质的编码基因或其前50个氨基酸序列能够引导脂肪酶A分泌至细胞外。

非经典蛋白分泌研究进展

蛋白分泌是细胞间信息交流的重要途径。通常所指的蛋白分泌是经典分泌,即有信号肽的分泌蛋白会进入内质网,通过内质网-高尔基体运输释放。没有信号肽的胞质蛋白可以通过非经典的途径分泌,统称为非经典蛋白分泌。这些分泌蛋白在多个生物学过程中发挥作用,包括发育、代谢和炎症反应等,并且与人类重大疾病相关,如神经退行性疾病和癌症等。虽然对经典蛋白分泌途径已经有较深的了解,且主要内容已列入教科书,但是对非经典蛋白分泌的认识还处于初级阶段。本文就非经典蛋白分泌的研究进展作简要总结。

蛋白质分泌途径的拓展认识——由一道模考题引发的思考

蛋白质分泌是细胞间通信和生物功能实现的重要过程。尽管经典的内质网-高尔基体途径被广泛研究,但近年来蛋白质的非经典分泌途径逐渐被人们发现,并受到重视。以一道模考试题为例,综述了蛋白质的经典分泌过程和非经典分泌过程。

非小细胞肺癌神经内分泌表达的检测及其临床意义

目的 为研究非小细胞肺癌的神经内分泌分化状况及其对化疗疗效的影响。方法 应用Western印迹法和免疫组织化学方法分别检测了 42例非小细胞肺癌 (鳞癌 18例、腺癌 17例、大细胞癌 4例、肺泡细胞癌 3例 )组织中神经特异性烯醇化酶 (NSE)、嗜铬粒素A(CgA)和突触素 (SYN)的表达 ,并用电镜观察了上述病例的神经内分泌颗粒的超微结构。对 35位患者进行了化疗反应的观察。结果 (1)Western印迹法在非小细胞肺癌 (NSCLC)中检测NSE、CgA和SYN的阳性率分别为 6 6 7%、19 0 %和 33 3% ,均高于免疫组化的 45 2 %、9 5 %和 2 6 2 %。 (2 )Western印迹法和免疫组化的检测结果与肺癌的组织学类型和分化程度无明显关系。 (3)化疗有反应组的 3种标记物在免疫组化和Western印迹检测中阳性率均高于化疗无反应组 (P <0 0 5 )。结论 NSCLC中存在较高比例的神经内分泌分化 ,其中NSE阳性率最高 ,SYN次之 ,CgA的检出率则较低。Western印迹法和免疫组化对非小细胞肺癌中神经内分泌成分的诊断均有重要帮助 ,以Western印迹法更为敏感。神经内分泌分化可能是影响NSCLC对化疗反应的重要因素之一。

带有人红细胞生成素信号肽序列的IL-1β基因在HepG2细胞中的表达

目的构建由经典分泌途径和非经典途径表达人IL-1β的慢病毒载体,制备慢病毒后,感染HepG2肝癌细胞,比较肝癌细胞中IL-1β表达的水平。方法分别以表达人IL-1β前体蛋白基因和人红细胞生成素(EPO)信号肽序列与IL-1β成熟蛋白融合基因的pIRES2-EGFP-proIL-1β和pIRES2-EGFP-epoIL-1β质粒为模板,PCR扩增获得人IL-1β全长基因和含有EPO信号肽与IL-1β成熟蛋白融合基因的序列,将其分别克隆入pLenti6/V5慢病毒载体中,构建由非经典途径和经典途径分泌IL-1β的pLenti6/V5-proIL-1β和pLenti6/V5-epoIL-1β慢病毒表达载体。利用三质粒包装体系在HEK293T细胞中包装生产慢病毒,随后感染HepG2肝癌细胞,双抗体夹心ELISA和Western blot法检测细胞质和培养上清中IL-1β的表达水平。结果构建了含有人IL-1β全长基因和含有EPO信号肽与IL-1β成熟蛋白融合基因的pLenti6/V5-proIL-1β和pLenti6/V5-epoIL-1β慢病毒载体,经双酶切和DNA测序证实与基因库中登录的人IL-1β以及EPO信号肽序列一致。利用三质粒系统包装制备经不同途径表达IL-1β的慢病毒,研究证实经由2条不同途径分泌表达人IL-1β的慢病毒感染HepG2细胞后,与转染空载体的对照细胞相比,细胞培养液上清和胞质中IL-1β的水平均显著升高(P<0.01),其中HepG2/epoIL-1β细胞培养液上清中成熟蛋白IL-1β的水平明显高于HepG2/proIL-1β细胞,而胞质中总IL-1β的水平HepG2/proIL-1β高于HepG2/epoIL-1β。结论构建的带有EPO信号肽序列的IL-1β基因的慢病毒载体,在HepG2细胞表达后,分泌成熟IL-1β的水平明显高于非经典途径分泌的表达载体。

关于内质网-高尔基体中间体的已知与未知

内质网-高尔基体中间体(ERGIC)最初是在研究病毒蛋白胞内转运机制的过程中被发现的。由于其特殊的结构以及亚细胞定位,早期研究认为它是内质网和高尔基体之间的“交通枢纽”,其主要职能是为经典分泌路径中物质的分选和双向运输过程提供保障。而近期的探索揭示了ERGIC在细胞遭受胁迫时的一系列非经典功能:参与调控自噬体膜的早期形成,作为非经典分泌蛋白质的“集散地”等。多项研究揭示多种冠状病毒会“挟持”宿主的ERGIC,将其作为复制和组装的平台。还有研究显示ERGIC在有关蛋白合成质控过程中发挥作用,可能还会以内质网漩涡等多种内膜形态呈现,从而协助细胞平衡内膜系统的稳态以应对外界压力。尽管人们已经认识到ERGIC结构的独特性以及功能的多样性,但当前对其功能的理解仍然十分有限,特别是ERGIC通过何种机制在不同生理和病理条件下协调其动态结构与多样功能仍不甚明了。该综述旨在全面概述ERGIC的细胞功能和分子调控机制,并对相关议题进行探讨。

内质网-高尔基体中间体功能研究进展

内质网-高尔基体中间体(ERGIC)的发现来自于对病毒蛋白胞内转运的研究.最初认为ERGIC是内质网和高尔基体之间的膜泡运输分选站,主要调控早期分泌途径中的货物分选及双向运输.随着研究的深入,发现ERGIC在细胞应激条件下发挥其他重要细胞学功能,包括在自噬过程中调控早期自噬体膜的形成,以及在非经典蛋白分泌途径中扮演蛋白跨膜转运的膜泡载体.多项研究证明包括新冠病毒在内的冠状病毒利用宿主细胞的ERGIC作为其装配位点,实现复制和包装.除此之外,研究提示ERGIC也参与蛋白质量控制,而且可能以内质网漩涡等其他的内膜体形式存在,并调控细胞应激条件下的内膜系统稳态平衡.虽然ERGIC多个功能被发现,但是我们对ERGIC的功能认知只是冰山一角,尤其是对ERGIC不同生理和病理状态下结构动态和功能调控尚不清楚.本文将对ERGIC的细胞学功能以及分子调控机制进行总结和讨论.