欢迎访问同济大学校报 - 同济大学  

日期查询 | 全文检索 | 返回首页
  
第472期(总第472期) 2017年7月15日   本期四版  上一期  下一期  更多期次  
   第01版:同济报 | 第02版:同济报 | 第03版:同济报 | 第04版:同济报 
     语音播报

如 何 维 持 细 胞 内 代 谢 稳 态 平 衡 ? 章小清课题组发现特性奇异的“候鸟”蛋白



  首次解析 Smad5 可以感受温度、胞外p H及渗 透压的变化并通过调整其出核速率决定核浆定位


  本报讯 近日,发表在《自然》 旗下《细胞研究》上的一篇文章引起 了学术界的广泛关注。这篇论文讲 的是在发育中起着非常重要作用的 骨形成蛋白( BMP)信号通路下游的 转录(转录是遗传信息由脱氧核糖 核酸转换到核糖核酸的过程)因子 Smad5 可以感受温度、胞外酸碱度 及渗透压的变化。高温、胞外酸化及 低渗条件会促使 Smad5 在细胞核 内聚集;而在低温、胞外碱化及高渗 条件下, Smad5 会迅速从细胞核转 移到细胞质中。
  有的蛋白很调皮众所周知,细胞是生命体的基 本组成单位,生命体的健康与细胞 有直接的关系。就人而言,人体无论 是得了小感冒还是得了癌症,说到 底都是人体的细胞出了问题。但是, 我们的生命体总是处于不断变化的 细胞内外环境中,譬如温度、细胞内 外酸碱度等等。因此,所有生物体都 需要感受这些不断 变化的内外界环境 并做出相应的反应, 以维持细胞正常的 生理功能。一旦我们 饮食不当、应对环境 变化不当,生命体内 的细胞就会出现功 能障碍、局部受损、器 官功能衰退(三高、心 血管疾病、肿瘤 ……)等状况。
  “2011 年,我进 入章小清教授课题 组不久,那时他回国 还不到一年时间,学 校专门为他建的细 胞培养室也刚刚投入使用”,房玉江 博士介绍。我们最初的设想是研究 TGFβ(一种转化生长因子信号)及 骨形成蛋白( BMP)信号通路在人胚 胎干细胞维持与分化中的作用。通 过慢病毒感染的方法,我们建立了 表达 GFP (绿色荧光蛋白) - Smad1-8 融合蛋白的人胚胎干细 胞系。
  当时,我刚接触细胞培养,初次 见到荧光显微镜下的荧光蛋白,觉 得很神奇、也很兴奋。一天早上,我 很早就来到实验室,在荧光显微镜 下观察刚构建好的 GFP- Smads蛋 白的荧光分布。当时我们培养了几 种细胞系,一个一个看过去、记录过 去,等到观察表达 GFP- Smad5 细 胞时,已经过了十几分钟,我看到这 个蛋白安安静静地待在细胞质(是 细胞质膜包围的除核区外的一切半 透明、胶状、颗粒状物质的总称,如 鸡蛋白)中。
  房玉江介绍,章老师来到实验 室后,他亲自带我们去观察。 “ Smad5 大部分都在细胞核内,你怎 么说是在外面?”章小清问。“怪了? 我明明看见它是在细胞质里的呀, 怎么会跑呢?”我嘟囔着,像是在回 答章老师的提问,更是对这种现象 迷惑不解的自言自语。
  “嗯?”章小清迷惑 地看着弟子。片刻之后, 他说:“把细胞放在显微 镜下别动,等过15 分钟 再来观察。”15 分钟后, GFP- Smad5 又跑到细胞质中去了。
  它为什么跑进跑出?
  为什么会这样跑进跑出?
  大家都知道,人是恒温动物,体 温维持基本的恒定,那为什么会存 在感受温度变化的蛋白呢?皮肤与 外界环境直接接触,是否与表皮角 质细胞或毛囊干细胞的分化有关 呢?房玉江沿着自己的疑惑,在章老 师的指导下一步步探索,一件件排 除。他对新生小鼠进行皮下注射实 验试剂,看能否促进小鼠角质层的 生长;他分离培养过人的毛囊干细 胞,观察是否会促进它的分化,他甚 至还用试剂法观察过斑马鱼卵的 发育是否受影响。(下转第二版)
  -----------------转版-----------------
  (上接第一版)“结果,这些实验都失 败了,都没有观察到它的功能。但是 发现一个温度敏感蛋白可能是一个重 要的细胞学现象,2012 年时便将这一 发现写成稿子投出去,结果是石沉大 海。”房玉江说。
  投稿失利,但温度敏感蛋白的 这种“候鸟”特性却是前人没有发现 的新现象。我和章老师商量,又开始 了另辟蹊径的探索,我们在培养液中 加入改变胞外酸碱度、渗透压、氧自 由基、膜电位及不同信号的化学试 剂,我们很想知道到底什么才是 Smad5 现象的那个“提线人”?是什么 在调控 Smad5 的核浆分布。
  氧自由基(一种有害物质,它是 人体的代谢产物,可以造成生物膜系 统损伤以及细胞内氧化磷酸化障碍) 面前,它没变化;膜电位(一般是指细 胞生命活动过程中伴随的电现象,存 在于细胞膜两侧的电位差。膜电位在 神经细胞通讯的过程中起着重要的 作用)测试,没反应。但是,它对细胞 外酸碱度及渗透压的变化反应迅速 快捷。进一步的研究发现,温度、胞外 酸碱度及渗透压都可以改变细胞内 酸碱度, Smad5 可以快速感受细胞内 酸碱度的变化进而引起其核浆分布 的改变。房玉江说,当细胞内酸碱度 升高时,这种蛋白就很快从细胞核跑 到细胞质里去了;而当酸碱度值降低 时,它就会在细胞核里聚集。为什么 会这样?这种现象有何意义?
  高温、胞外酸化及渗透压降低 都会引起细胞内的酸化,这种蛋白会 感受细胞内酸化,进而促进其在细胞 核内聚集;而低温、胞外碱化及渗透压 升高都会引起细胞内的碱化,碱化会 使这个蛋白迅速从细胞核转移到细胞 质中。“这不正是起着稳定器的作用 吗?”房玉江为这个发现感到很是兴 奋:原来,细胞内酸碱度总是保持稳 定,可能是由于它在其中起着重要的 调节作用!
  找到该蛋白感受胞内酸碱度的 变化特点后,房玉江进一步解析了这 是 Smad5 一个全新的不依赖于经典 BMP信号的功能后,2013 年他再次 投稿,但由于缺乏功能部分的研究, 还是石沉大海。 寻找这一现象的生物学意义接下来应该做什么?章小清教 授分析,我们应当全力寻找这一现象 的生物学意义。转眼到了2014 年,以 TALEN(转录激活因子样效应物核 酸酶,是基因组编辑核酸酶三大类之 一。它是实现基因敲除、敲入或转录 激活等靶向基因组编辑的里程碑技 术)为代表的基因编辑技术取得突 破,房玉江借鉴这一技术获得了敲除 Smad5 的人胚胎干细胞系,最终获得 了 Smad5 可能调控代谢的重要线 索。
  接下来,他开始了整整3 年的 功能验证与分子机制解析探索。由于 实验室主要聚焦于神经分化和神经 发育,在代谢方面的研究缺乏相应基 础。代谢产物的检测、酶活性分析、线 粒体纯化、电镜、免疫共沉淀结合质 谱寻找结合蛋白等新的实验手段,需 要去不停查阅文献,去寻求合作。导 师牵线搭桥,他与诺华生物医学研究 中心的向斌博士及华东理工大学杨 弋教授展开合作,最终确认了这种蛋 白的生理功能并通过分子机制进行 了佐证。今年7 月4 日,论文发表。
  “科研之路上,一切都是未知 的,没有前人的经验可以借鉴,只能 摸着石头过河,不停地尝试与探索。 很多时候都觉得走不下去了,但还是 不放弃,慢慢地 Smad5 的功能及机 制就由模糊变得渐渐清晰起来。”房 玉江告诉记者,这种蛋白还有许多迷 待解,所以自己现在又继续进行博士 后阶段的研究。他说,科研之路充满 艰辛与挑战,有屡败屡战的迷茫与痛 苦,也有偶然成功的欣喜,但要怀着 满腔热情,执着跋涉,最终最值得回 忆的风景还是“在路上”。(程国政)

特别推荐:

您若代理推广下列互联网云产品,您将会获得意外惊喜,赶紧点击联系我们吧

验证码:点击更换图片
 相关文章
 我有话说
打开

同济大学 © 同济大学版权所有   | 在线投稿   
服务提供:中国高校校报展示平台     技术支持:华文网报     友情链接:中国高校校报协会