细胞骨架蛋白构成了真核细胞中不同类型结构聚合物的骨架。此类聚合物包括微丝 (MF)、微型细丝、微管 (MT) 和中间细丝 (IF)。每种聚合物的组成都相对均匀。单体细胞骨架蛋白以头对尾的方式结合,形成具有不同几何形状和生物物理特性的长链。这些单体包括肌动蛋白(形成 MF)、肌球蛋白(微型细丝)、微管蛋白 (MT) 和各种 IF 蛋白家族,包括角蛋白、结蛋白、神经胶质纤维酸性蛋白 (GFAP)、周围蛋白、波形蛋白、间蛋白、巢蛋白等(详见 [ 1 ])。MF 和微型细丝使细胞能够适应周围环境。它们在细胞分裂中发挥多种作用,并在生理和病理环境中支持细胞迁移,例如在侵袭和转移期间。微管是必不可少的,因为它们形成了介导细胞分裂过程中遗传物质均匀分离的物理支架,但它们在细胞迁移中的作用有限。IF 赋予细胞机械阻力。
HDAC 是一类催化组蛋白尾部赖氨酸残基乙酰基去除的酶,从而导致染色质重塑。[3] 具体而言,乙酰基的去除会导致染色质凝聚,这是由于去乙酰化的组蛋白胺的氮的正电荷与带负电荷的 DNA 链之间的相互作用。[4] 这种相互作用阻碍了转录因子的进入,最终导致转录抑制。因此,HDAC 是调控基因表达的重要酶。[5] 在 HDAC 底物中,不仅有组蛋白尾部的赖氨酸,还有非组蛋白,如转录因子、细胞骨架蛋白、分子伴侣和核输入因子,涉及广泛的生物学过程。[6]
摘要 ChAdOx1 nCov-19 和 Ad26.COV2.S 是已获批准的疫苗,通过表达 SARS-CoV-2 的 Spike 蛋白在人体中诱导针对 SARS-CoV-2 感染的保护性免疫。我们通过生化方法和质谱分析了 ChAdOx1 nCov-19 和 Ad26.COV2.S 的蛋白质含量和蛋白质组成。在四个测试的 ChAdOx1 nCoV-19 批次中,有四个的宿主细胞蛋白 (HCP) 和游离病毒蛋白含量明显高于预期。最丰富的污染 HCP 属于热休克蛋白和细胞骨架蛋白家族。HCP 含量超过了欧洲药品管理局 (EMA) 为该疫苗设定的每剂 400 ng 的规格限值至少 25 倍,某些批次的 HCP 含量甚至超过了制造商的批次放行数据的数百倍。相比之下,Ad26.COV2.S 疫苗的三个测试批次仅含有非常少量的 HCP。正如 Ad26.COV2.S 所示,在工业规模上生产高纯度的临床级腺病毒疫苗是可行的。相应地,应修改 ChAdOx1 nCov-19 疫苗的纯化程序,以尽可能好地去除蛋白质杂质。我们的数据还表明,标准质量测定法(用于蛋白质制造)必须适用于载体疫苗。
CRISPR/Cas9 介导的基因敲入方法能够标记单个内源性蛋白质,从而如实地确定它们在细胞中的时空分布。然而,由于编辑事件之间存在串扰,因此在神经元中可靠地多路复用基因敲入事件仍然具有挑战性。为了克服这个问题,我们开发了条件性激活基因敲入表达 (CAKE),从而实现高效、灵活和准确的多路复用基因组编辑。为了减少串扰,CAKE 基于顺序重组酶驱动的向导 RNA (gRNA) 表达来控制每个供体序列的基因组整合时间。我们表明,CAKE 广泛应用于大鼠神经元,以共标记各种内源性蛋白质,包括细胞骨架蛋白、突触支架、离子通道和神经递质受体亚基。为了充分利用 CAKE,我们使用超分辨率显微镜解决了内源性突触蛋白的纳米级共分布,表明它们的共组织与突触大小相关。最后,我们引入了可诱导二聚化模块,可精确控制活神经元中的突触受体动力学。这些实验凸显了 CAKE 揭示新生物学见解的潜力。总而言之,CAKE 是一种多功能的多重蛋白质标记方法,可以检测、定位和操纵神经元中的内源性蛋白质。
摘要 越来越多的证据表明,经颅低强度超声可能成为一种治疗脑部疾病的非侵入性神经调节工具。然而,其潜在机制仍然难以捉摸,而且大多数动物模型研究都采用了高强度超声,而这些超声不能安全地用于人体。在这里,我们展示了低强度超声能够激活小鼠大脑中的神经元,并且重复的超声刺激会导致特定大脑区域的成体神经发生。体外钙成像研究表明,激活培养的皮质神经元需要一种特定的超声刺激模式,该模式结合超声诱导的压力和声流机械转导。ASIC1a 和细胞骨架蛋白参与了低强度超声介导的机械转导和培养的神经元活化,而 ASIC1a 阻断剂和细胞骨架修饰剂可以抑制这种作用。相反,抑制参与双层模型机械传导的机械敏感通道(如 Piezo 或 TRP 蛋白)并不能有效抑制超声介导的神经元激活。ASIC1a 基因缺失显著降低了小鼠大脑中 ASIC1a 介导的超声效应,例如 ERK 磷酸化的即时反应和 DCX 标记的神经发生。整理的数据表明,ASIC1a 是参与调节小鼠大脑神经激活的低强度超声机械信号传导的分子决定因素。
慢性淋巴细胞白血病 (CLL) 细胞扩散到支持性组织微环境中。为了研究白血病细胞组织保留的机制,我们开发了一个三维骨髓 (BM) 微环境,可在生物反应器内的支架内重现 CLL 和 BM 基质细胞之间的相互作用。我们的系统可以并行分析支架内保留的 CLL 细胞以及在有/无药剂的情况下释放的 CLL 细胞,分别模拟组织和循环细胞区室。只有在存在微环境元素的情况下,CLL 细胞才能保留在支架内,这些微环境元素通过直接接触下调 CLL 细胞中 HS1 细胞骨架蛋白的表达。与此一致,从患者 BM 中获得的 CLL 细胞中 HS1 的表达低于外周血中循环的 CLL 细胞。此外,我们证明,尽管存在依鲁替尼,但 HS1 失活、细胞骨架活性受损和表型更具侵袭性的 CLL 细胞更有可能保留在支架内,而依鲁替尼的动员作用主要作用于具有活性 HS1 的细胞,从而产生动态的细胞骨架活性。这种差异效应在传统的二维系统中是无法评估的,可能是单个 CLL 克隆产生独特耐药性的原因。值得注意的是,在依鲁替尼治疗期间在患者外周血中动员的 CLL 细胞表现出活化的 HS1,强调我们的模型能够可靠地反映体内情况。本文描述的三维模型适用于重现和识别关键的 CLL-BM 相互作用,为病理生理学研究和以个体化方式评估新型靶向疗法开辟了道路。
治疗;诊断;症状;遗传学。1. 引言杜氏肌营养不良症 (DMD) 是一种 X 连锁隐性疾病,由编码肌营养不良蛋白的 DMD 基因突变引起。DMD 的病理特征是细胞骨架蛋白的完全缺失 [1]。DMD 的临床特征是进行性肌无力,肌肉脆性主要分布在近端肢体、颈部和胸部 [2]。DMD 是最常见的肌营养不良症,也是最常见的致命神经肌肉疾病之一,每 3,500 名新生男婴中就有 1 名患有此病 [3]。临床表现始于儿童早期,伴有进行性肌肉萎缩和无力,最终导致死亡。蛋白质缺陷在出生时就存在,但通常直到出生后第二年或第三年才会在临床上观察到并诊断出来。这种疾病最终导致患者在 12 岁左右无法行走,需要使用轮椅,肌肉无力导致严重的脊柱侧弯,并最终在 25 岁左右因心脏和/或呼吸衰竭而死亡,尤其是那些不选择呼吸机支持的患者 [2]。人类 DMD 基因位于 Xp21.2 位点,主要在骨骼肌中产生杆状细胞质结构蛋白,在心肌、平滑肌、脑神经细胞和视网膜中存在同工型 [4–6]。人类的 DMD 基因为 2.3 Mb,有 79 个外显子,产生 14 kb RNA 和 427 kDa 蛋白质 [5,7,8]。三分之一的 DMD 病例是由新生突变引起的,三分之二的病例有家族史,通常是女性携带者 [9]。贝克尔肌营养不良症 (BMD) 是一种不太严重的肌营养不良症,症状与 BMD 相似,但进展较慢且不太严重 [10]。统计分析发现,DMD 的全球患病率是 BMD 的三倍 [11]。全球 DMD 患病率约为每 100,000 名男性中有 7.1 人,而普通人群中每 100,000 人中有 2.8 人。DMD 的发病率为每 100,000 人中有 19.8 人
心脏二元组中的离子通道和细胞骨架蛋白在维持兴奋-收缩 (EC) 耦合和提供心脏稳态方面发挥着关键作用。这些二元组蛋白质的功能变化,无论是由遗传、表观遗传、代谢、治疗还是环境因素引起的,都会破坏正常的心脏电生理学,导致异常的 EC 耦合和心律失常。动物模型和异源细胞培养为基础心脏研究提供了阐明心律失常发病机制的平台;然而,这些传统系统并不能真正反映人类心脏电病理生理学。值得注意的是,具有相同遗传性通道病 (ICC) 基因变异的患者通常表现出不完全的外显率和不同的表现度,这强调了建立患者特定疾病模型以理解心律失常的机制途径和确定个性化疗法的必要性。患者特异性诱导多能干细胞衍生的心肌细胞 (iPSC-CM) 继承了患者的遗传背景,并反映了天然心肌细胞的电生理特征。因此,iPSC-CM 为心脏病建模和治疗筛选提供了一个创新且具有转化价值的关键平台。在这篇综述中,我们将研究患者特异性 iPSC-CM 如何在历史上演变为在培养皿中模拟心律失常综合征,以及它们在理解特定离子通道及其功能特征在引起心律失常中的作用方面的实用性。我们还将研究 CRISPR/Cas9 如何实现基于患者独立和变异诱导的 iPSC-CM 的心律失常模型的建立。接下来,我们将研究使用人类 iPSC-CM 进行体外心律失常建模的局限性,这种建模源于 iPSC 的变化或 iPSC 或 iPSC-CM 基因编辑引起的毒性,并探索如何解决这些障碍。重要的是,我们还将讨论新型 3D iPSC-CM 模型如何更好地捕捉体外特征,以及全光学平台如何提供非侵入性和高通量电生理数据,这些数据可用于分层新出现的心律失常变异和药物发现。最后,我们将研究提高 iPSC-CM 成熟度的策略,包括强大的基因编辑和光遗传学工具,这些工具可以在 iPSC-CM 中引入/修改特定离子通道并定制细胞和功能特征。我们预计 iPSC、新型基因编辑、3D 培养和细胞培养的协同作用将在未来几年内实现。