由DNA和肽组成的自组装合成细胞超越了自然能力

由DNA和肽组成的自组装合成细胞超越了自然能力  新的合成细胞利用 DNA 和肽构建细胞骨架（用淡紫色标出）图/北卡罗来纳大学教堂山分校细胞的结构和稳定性来自细胞骨架，这是一个由蛋白质组成的交联框架，用于包裹和保护其他成分。根据细胞类型的不同，这种细胞骨架可以有不同程度的灵活性，并以不同的方式对环境做出反应，从而赋予细胞特异功能。在这项新研究中，北卡罗来纳大学教堂山分校的科学家们开发出了由 DNA、肽和其他遗传物质组成的合成自组装细胞骨架。该研究的第一作者罗尼特-弗里曼说："DNA通常不会出现在细胞骨架中。我们对DNA序列进行了重新编程，使其成为一种建筑材料，将多肽结合在一起。一旦将这种编程材料放入水滴中，结构就会成形。"研究人员能够对 DNA 进行编程，使其以不同的方式组装，从而赋予合成细胞不同的功能。它们也没有被锁定在一个目的上改变溶液的温度可以触发不同的配置。研究小组说，将不同的肽或DNA序列组合在一起，就能制造出更大规模的可编程组织。虽然它们没有活细胞那么复杂，但这些合成细胞更容易操作，而且能在天然细胞无法处理的条件下工作。弗里曼说："合成细胞即使在122 °F（50 °C）的温度下也能保持稳定，这为在通常不适合人类生存的环境中制造具有超常能力的细胞提供了可能。"研究小组表示，当这些可编程细胞与其他合成细胞技术相结合时，可用于再生医学、药物输送系统和诊断工具等应用。这项研究发表在《自然-化学》杂志上。 ... PC版： 手机版：

英研究：抑制特定蛋白质或能有效治疗骨质疏松

英研究：抑制特定蛋白质或能有效治疗骨质疏松 英国研究人员近期发现，一种名为Clec14a的蛋白质会影响骨骼生成过程，抑制这种蛋白质或有助于治疗骨质疏松等疾病。 新华社报道，英国伯明翰大学日前发布的新闻公报介绍，骨骼内部的毛细血管内壁上有一种特殊的细胞，称为H型内皮细胞，它们负责将未成熟的成骨细胞运输到所需的位置，促进骨质生成。 该校研究团队发现，在运输过程中，如果这种细胞表面同时搭载了Clec14a蛋白质，成骨细胞的成熟会受到抑制。 研究人员从不同类型的转基因小鼠体内提取成骨细胞，放入诱导溶液进行体外培养。 结果发现，如果没有这种蛋白质的存在，成骨细胞在四天后就能发育成熟，而有该蛋白质的情况下需要八天。 动物实验显示，敲除了与这种蛋白质相应基因的小鼠体内成骨细胞成熟度高，骨骼发育更好，表现为骨密度更高、长骨更长等。用抗体抑制这种蛋白质的作用，可产生与敲除该基因类似的效果。 骨质疏松症等骨骼疾病严重影响着全球许多人的生活质量。现有的治疗方法有限，且常伴有副作用。这项研究成果有助于开发新的治疗方法。 相关论文发表在英国学术期刊《通讯-生物学》上。 #英国 #研究 #蛋白质 #骨质疏松症-电报频道- #娟姐新闻:@juanjienews

约翰霍普金斯大学的科学家们设计出能打破对称的合成细胞

约翰霍普金斯大学的科学家们设计出能打破对称的合成细胞 艺术家们利用显微镜图像和图形渲染，展示了一个能够感知定向化学线索并自我组织响应的最小合成细胞。图片来源：约翰-霍普金斯大学医学院井上实验室，由 Shiva Razavi 和 Turhan Pathan 创作，经编辑了解对称性破坏细胞运动之前的一个步骤是打破对称，当细胞分子最初对称排列时，通常在受到刺激后重组为不对称的模式或形状。这类似于迁徙的鸟类在对阳光或地标等环境指南针做出反应时转变为新的队形，从而打破对称。在微观层面上，免疫细胞会感知集中在感染部位的化学信号，并打破对称，穿过血管壁到达受感染的组织。当细胞打破对称性时，它们会转变为极化和不对称结构，为向目标移动做好准备。"对称性破缺的概念对生命至关重要，影响着生物学、物理学和宇宙学等多个领域，"在约翰-霍普金斯大学攻读研究生时领导这项研究的希瓦-拉扎维（Shiva Razavi）博士说，他在约翰霍普金斯大学攻读研究生时领导了这项研究，现在是麻省理工学院的博士后研究员。"了解对称性破缺是解开生物学基本原理和发现如何利用这些信息来设计治疗方法的关键。"长期以来，人们一直认为找到在合成细胞中模仿和控制对称性破坏的方法对于了解细胞如何检测其化学环境并重新排列其化学轮廓和形状至关重要。在这项研究中，科学家们创造了一个带有双层膜的巨大囊泡一个由磷脂、纯化蛋白质、盐和提供能量的 ATP 组成的裸体简化合成细胞或原细胞。原细胞呈球形，因此被昵称为"泡泡"。在实验中，科学家们成功地设计出了具有化学感应能力的原细胞，它能促使细胞打破对称性，从一个近乎完美的球体变成一个凹凸不平的形状。研究人员说，该系统专门设计用于模仿免疫反应的第一步，能够根据中性粒细胞感知到的周围蛋白质发出攻击病菌的信号。拉扎维说："我们的研究展示了类细胞实体如何能够感知外部化学线索的方向，模拟生物体内的条件。通过从零开始构建类细胞结构，我们可以更好地识别和理解细胞以最简化的形式打破对称性所需的基本组成部分。"给药领域的未来应用科学家们说，有朝一日，化学传感可用于体内靶向给药。约翰-霍普金斯大学医学院细胞生物学教授、细胞动力学中心主任、资深作者井上隆成（Takanari Inoue）博士说："我们的想法是，可以把任何你想要的东西蛋白质、RNA、DNA、染料或小分子打包到这些气泡中，利用化学传感告诉细胞该去哪里，然后让细胞在预定目标附近破裂，这样药物就能被释放出来。"为了激活囊泡的化学感应能力，研究人员在合成细胞中植入了两种作为分子开关的蛋白质FKBP和FRB。蛋白质 FKBP 被置于细胞中心，而 FRB 则被置于细胞膜上。当科学家们在气泡细胞外引入一种化学物质雷帕霉素时，FKBP就会移动到细胞膜上与FRB结合，从而引发一种叫做肌动蛋白聚合的过程，也就是合成细胞骨架的重组。在原细胞内部，化学反应产生了由肌动蛋白组成的杆状结构，对细胞膜施加压力，使其弯曲。研究人员使用了一种名为共聚焦显微镜的专门快速三维成像技术来记录原细胞的化学感应能力；他们必须以每15到30秒一帧的速度快速记录图像，因为原细胞会对化学信号做出快速反应。下一步，研究人员的目标是让这些合成细胞具备向所需目标移动的能力。最终，研究人员希望设计出的合成细胞能在靶向药物输送、环境传感以及其他需要精确移动和对刺激做出反应的领域中发挥重要的潜在应用。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

工程化mRNA将人体变成药物制造生物工厂

工程化mRNA将人体变成药物制造生物工厂 信使核糖核酸（mRNA）包含指导细胞利用其内在机制制造特定蛋白质的指令。许多人都知道mRNA，因为它与 COVID-19 疫苗有关。但 mRNA 的潜在用途远不止于此，它还可以作为一种基于基因的治疗方法来治疗一系列疾病。最近发表的一项研究详细介绍了这种用途。得克萨斯大学西南医学中心的研究人员利用工程化 mRNA 促使细胞分泌自身药物，成功治疗了小鼠的牛皮癣和癌症。UT西南大学生物医学工程与生物化学系教授、该研究的通讯作者丹尼尔-西格瓦特（Daniel Siegwart）说："有朝一日，这项技术也许能让病人在药房甚至在家里接受每月一次的治疗，而不是经常去医院或门诊输液，这将大大提高他们的生活质量。"在 mRNA 研究取得最新进展的同时，利用纳米颗粒递送治疗药物领域也取得了进展。不过，大部分研究都是为了让细胞生成蛋白质，直接用于细胞内，或者间接触发细胞通路，如基因编辑所需的通路。在目前的研究中，研究人员采取了一种不同的方法，重点是让这些重要的蛋白质离开细胞，以便它们能在身体的其他部位发挥治疗作用。在细胞内，信号肽（SPs）就像"隐喻的运输标签"（研究人员的术语），引导根据基因指令产生的蛋白质到达需要它们的地方。一些信号肽能将蛋白质导向细胞核和线粒体等细胞内部，而另一些信号肽（称为分泌型信号肽）则能将蛋白质分泌到细胞外空间。有鉴于此，研究人员假设，可以将一种工程SP复制粘贴到mRNA编码中，使通常被限制在细胞内空间的蛋白质大胆地进入循环。他们分离出了一段mRNA，该mRNA能产生由因子VII（一种参与凝血的蛋白质）衍生的分泌型SP。然后，他们将这种编码 SP 的 mRNA 连接到四种不同的 mRNA 序列上，这些 mRNA 序列可产生某些蛋白质：mCherry（一种荧光蛋白，可提供是否从细胞中分泌的视觉线索）、红细胞生成素（一种参与造血的人类蛋白质）、etanercept（一种用于治疗炎症性疾病的治疗性蛋白质）和抗 PD-L1 （另一种用于治疗癌症的治疗性蛋白质）。在实验室中，当修饰过的mRNA被包装进脂质纳米颗粒并输送到细胞中时，细胞会将由这些mRNA制成的SP标记蛋白质分泌到细胞外的液体中。牛皮癣是一种引起皮肤炎症的自身免疫性疾病，当研究人员用经过修饰的编码药物 etanercept 的 mRNA 治疗患有牛皮癣的小鼠时，它们的皮肤斑块明显减少。当他们用经过修饰的编码抗-PD-L1的mRNA治疗患有结肠癌和转移性黑色素瘤的小鼠时，肿瘤生长明显减少，小鼠的存活时间是未治疗小鼠的两倍。研究人员说，利用他们的信号肽工程核酸设计（SEND）让人体自身的机器制造和输送治疗用蛋白质，可能会提高目前通过输液给药的蛋白质药物的疗效，并有助于克服与之相关的副作用。他们说，利用这种技术生产的药物可以改善炎症性疾病、癌症、凝血障碍、糖尿病和各种遗传性疾病患者的健康和生活质量。这项研究发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。 ... PC版： 手机版：

研究表明蛋白质食物来源对增强和保持肌肉至关重要

研究表明蛋白质食物来源对增强和保持肌肉至关重要 蛋白质来源比较研究最近发表在《营养学杂志》（Journal of Nutrition）上的一项新研究是首批比较作为混合膳食一部分的全蛋白食物合成代谢特性的随机对照试验之一。研究发现，尽管热量和总蛋白质含量相同，但在老年人中，含有瘦牛肉的全食物杂餐比全食物素食餐的餐后肌肉蛋白质合成率更高。事实上，研究人员观察到，与提供等量植物蛋白的全食物素食餐相比，食用含瘦牛肉的杂食餐后，肌肉蛋白质合成率要高出 47%。马斯特里赫特大学医学中心人类生物学系运动和营养生理学教授、本研究的主要研究者 Luc van Loon 博士说："以前的研究评估了摄入分离蛋白质的影响，而本研究旨在通过了解作为典型膳食一部分的全蛋白质食物的影响来反映更真实的生活环境。鉴于随着年龄的增长，保护瘦体重以保持体力的重要性，以及人们对素食和纯素生活方式的兴趣与日俱增，这项研究对于了解蛋白质食物来源是否能同样有效地支持肌肉的维持和生长非常重要。"根据以往对摄入不同蛋白质来源进行比较的研究，研究人员计算出需要 16 名参与者才能完成研究，并检测出摄入两种膳食后肌肉蛋白质合成率的潜在差异。因此，研究人员在荷兰马斯特里赫特对 16 名健康的老年人（65-85 岁）进行了临床试验。在一个测试日，参与者吃了一顿全食物杂粮餐，其中包含 3.5 盎司作为主要蛋白质来源的瘦牛肉碎、土豆、四季豆、苹果酱（100% 苹果制成）和香草黄油。另一个测试日包括食用热量和蛋白质含量相等的全食物素食餐，其主要成分是未经加工、常食用的植物蛋白食物，如藜麦、大豆、鹰嘴豆和蚕豆。重要的是，两餐平均都含有 36 克蛋白质，这符合基于证据的刺激老年人肌肉蛋白质合成的建议（即每公斤体重 0.45 克蛋白质）。van Loon 补充说："我们有兴趣研究进餐对老年人肌肉蛋白质合成的影响，因为与年龄有关的肌肉质量和力量损失（称为肌肉疏松症）非常重要，这是全球日益严重的公共健康问题。"研究结果和影响在两个实验日之前的两天里，所有参与者都没有进行体育运动和剧烈运动，也没有饮酒。研究人员利用在进餐后六小时内频繁采集的血液和肌肉活检样本，比较了餐后血浆氨基酸谱和肌肉蛋白质合成率。除了观察到餐后6小时内肌肉蛋白质合成率增加了47%之外，研究人员还注意到，尽管素食餐没有出现任何选择性氨基酸缺乏症，但瘦牛肉餐后血浆中的EAA浓度却高出了127%。"重要的是，参与者在食用含牛肉的杂食餐后，血浆中的亮氨酸（一种对肌肉蛋白质合成尤为重要的必需氨基酸）要高出139%，"该出版物的主要作者、理学硕士菲利普-平卡尔斯（Philippe Pinckaers）说。"这项研究说明了食物基质的潜在影响，以及含牛肉膳食和素食膳食之间氨基酸生物利用率和生物功能差异的重要性。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新研究表明细胞拥有某种未知的基于离子梯度的通信系统

新研究表明细胞拥有某种未知的基于离子梯度的通信系统 细胞不断在动态环境中航行，面临着不断变化的条件和挑战。但细胞如何迅速适应这些环境波动呢？新研究揭示，跨细胞膜的离子梯度创建了一个独立于DNA 的网络，可帮助细胞迅速做出决策。发表在《iScience》上的莫菲特癌症中心的一项新研究挑战了我们对细胞功能的理解，从而回答了这个问题。一个研究小组提出，细胞拥有一种以前未知的信息处理系统，它能让细胞独立于基因迅速做出决定。几十年来，科学家一直将 DNA 视为细胞信息的唯一来源。DNA 蓝图指示细胞如何构建蛋白质和执行基本功能。然而，由迪佩什-尼劳拉（Dipesh Niraula）博士和罗伯特-加滕比（Robert Gatenby）医学博士领导的莫菲特新研究发现了一种与DNA同时运行的非基因组信息系统，它能使细胞从环境中收集信息并对变化做出快速反应。离子梯度的作用研究的重点是细胞膜上离子梯度的作用。这些梯度由专门的泵维持，需要消耗大量能量才能产生不同的跨膜电势。研究人员提出，这些梯度代表了一个巨大的信息库，使细胞能够持续监测其环境。当细胞膜上的某个点接收到信息时，它会与离子特异性通道中专门的门相互作用，然后打开这些门，让这些离子沿着预先存在的梯度流动，形成一条通信通道。离子流触发了细胞膜附近的一连串事件，使细胞能够对信息进行分析并迅速做出反应。当离子流较大或持续时间较长时，它们会导致细胞骨架的微管和微丝的自组装。通常，细胞骨架网络为细胞提供机械支持，并负责细胞的形状和运动。然而，莫菲特公司的研究人员注意到，细胞骨架中的蛋白质也是极好的离子导体。这使得细胞骨架成为一个高度动态的细胞内布线网络，将基于离子的信息从膜传递到细胞内的细胞器，包括线粒体、内质网和细胞核。研究人员认为，这一系统可以对特定信号做出快速的局部反应，也可以对较大的环境变化做出协调的区域或全球反应。研究的启示和影响机器学习系应用研究科学家尼劳拉说："我们的研究揭示了细胞利用跨膜离子梯度作为通信手段的能力，使它们能够迅速感知周围环境的变化并做出反应。这种错综复杂的网络使细胞能够迅速做出明智的决定，这对细胞的生存和功能至关重要。"研究人员认为，这种非基因组信息系统对于形成和维持正常的多细胞组织至关重要，并认为神经元中描述详尽的离子通量就是这种广泛信息网络的一个特殊例子。这些动态变化的中断也可能是癌症发展的一个关键组成部分。他们证明了自己的模型与多项实验观察结果一致，并强调了由其模型产生的几项可检验的预测，希望能为未来的实验验证其理论和揭示细胞决策的复杂性铺平道路。"这项研究挑战了生物学中隐含的假设，即基因组是信息的唯一来源，而细胞核则是一种中央处理器。"莫菲特进化治疗卓越中心联合主任加滕比说："我们展示了一个全新的信息网络，它允许快速适应和进行细胞生存所需的复杂交流，并很可能深度参与了细胞间的信号传递，从而使多细胞生物体得以正常运作。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：