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Nature Methods封面文章 | 熊伟/仓春蕾团队揭示细胞衰老过程的溶酶体代谢组学异质性改变

2020-07-09来源:生命科学与医学部


衰老(lao)是生物体内(nei)在的(de)性(xing)质(zhi)(zhi),细(xi)胞中损伤蛋白(bai)质(zhi)(zhi)积累是生物体衰老(lao)的(de)一个重要特征。自噬是溶(rong)酶体降解受损细(xi)胞器和蛋白(bai)质(zhi)(zhi)的(de)基(ji)本途径。蛋白(bai)质(zhi)(zhi)聚(ju)集体主要依赖溶(rong)酶体的(de)细(xi)胞自噬途径降解成小分子代(dai)谢(xie)物,然后释放(fang)到胞(bao)质再循环利用。越(yue)来越(yue)多的证据表明细胞衰(shuai)老(lao)与溶(rong)酶体(ti)(ti)及其内部代谢过程(cheng)有(you)着密切的联系(xi)。早(zao)期(qi)对于溶酶体(ti)(ti)代(dai)谢的研究(jiu)一般都是经过分(fen)离、纯化得到大量溶酶(mei)体匀浆后进行分析然而(er)仅仅在一(yi)个细(xi)胞中就包含多种溶酶体(ti)(ti),如自噬溶酶(mei)体autolysosome内吞溶酶体(endolysosome等(deng)。因此,研究不(bu)同类型溶酶(mei)体在(zai)衰老过程中(zhong)代谢(xie)功能变化的(de)特异性,可(ke)以为针对(dui)性的(de)开发延缓或逆转衰老的(de)药物靶点提供新的(de)可(ke)能以及研究途径。不(bu)过,由于技(ji)术局限性,目(mu)前(qian)还无法针对(dui)单个溶酶(mei)体内代谢(xie)组(zu)进(jin)行检测,也更不可能(neng)从单个溶酶体(ti)代谢(xie)组学角(jiao)度去(qu)研究细胞衰老


2021614日,中国科学(xue)技术(shu)大学(xue)附属(shu)第一(yi)医(yi)院(yuan)脑(nao)衰老(lao)与(yu)脑(nao)疾病研(yan)究中心、中科大生命(ming)科学(xue)与(yu)医(yi)学(xue)部的熊伟(wei)教授课题(ti)组与仓春蕾教授课题组合(he)作,在Nature Methods 上发(fa)表了题为“Metabolomic Profiling of Single Enlarged Lysosomes”的封面文(wen)章(zhang)。该研究建立了世界(jie)上首个(ge)单溶酶体(ti)代谢组质谱检测(ce)技术(SLMS),首(shou)次(ci)实现了基(ji)于单(dan)个溶酶体(ti)代谢组学信息的溶(rong)酶体分型,并(bing)深度探索了细(xi)胞(bao)衰老(lao)过程(cheng)中溶(rong)酶体代谢组学的异质(zhi)性(xing)改变。


 

. Nature Methods》封面文章

 

人们普遍认(ren)为(wei),衰老过程中(zhong)溶(rong)酶体的功能(neng)受损,溶(rong)酶体功能(neng)障碍可能(neng)导致溶(rong)酶体合成分(fen)解等代谢能力的(de)降低。那么(me)是(shi)所有类(lei)型(xing)的(de)溶酶(mei)体(ti)的(de)代(dai)谢能力都受(shou)损(sun)(sun)?还是(shi)只是(shi)某些类(lei)型(xing)的(de)溶酶(mei)体(ti)代(dai)谢功能受(shou)损(sun)(sun)呢?而其它类(lei)型(xing)溶酶(mei)体(ti)又是(shi)如何(he)改(gai)变的(de)呢?熊伟教授与仓(cang)春蕾教授团队通(tong)过上述SLMS技术对(dui)该问题(ti)进(jin)行了研究。首先,基于单溶酶体(ti)代谢组,他们对(dui)各(ge)不(bu)同细胞来源(yuan)(肾细胞、成纤维细胞上皮细胞)的溶(rong)酶体(ti)进行(xing)了(le)分类,发(fa)现在各类细胞中溶(rong)酶体(ti)均被(bei)分为了(le)5个亚(ya)群(qun),且均包(bao)含(han)了内(nei)吞(tun)溶酶(mei)体和自噬溶酶(mei)体。接下来作者基于单溶酶体代谢组学分析研究了细(xi)胞衰老过程中各类溶酶体的(de)代谢组的(de)变化(hua)。发现(xian)自噬溶酶体中大(da)多数代谢物(wu)显著(zhu)下调,而内吞溶(rong)酶体则相反。在数量上,细胞中自(zi)噬溶(rong)酶体的比例显(xian)著降低,从22%下降(jiang)到10%,而内(nei)吞(tun)溶酶体的比(bi)例从15%上(shang)升到(dao)了23%其它(ta)类型(xing)溶酶体(ti)的(de)比例变(bian)化则不明显。此外作者(zhe)也对5个(ge)溶酶体亚(ya)群在细胞衰老过程中的代谢变(bian)化分别展开了解析,发现每类溶酶体(ti)(ti)亚群的代谢组学改变均不相同(tong)。这就(jiu)说明细胞(bao)衰(shuai)(shuai)老(lao)过(guo)程(cheng)中(zhong)溶酶体的(de)代谢变化是(shi)存在溶酶体类型特异性的(de),因此研(yan)究衰(shuai)(shuai)老(lao)过(guo)程(cheng)中(zhong)各类溶酶体的(de)变化异质性是(shi)针对性解决细胞(bao)衰(shuai)(shuai)老(lao)及其相关疾(ji)病的(de)重要路径之一。


值得一提(ti)的是,熊伟(wei)教授(shou)课(ke)题组前期通过学科交(jiao)叉合(he)作共同建(jian)立了(le)单细胞质谱技(ji)术(shu)以及质(zhi)谱成像技术用(yong)于检测单个(ge)细胞内以(yi)及整体(ti)器官的代(dai)谢(xie)组(zu)PNAS, 2017; Cell, 2018; Anal Chem, 2019a,b; Cell Reports, 2020; Nature Communications, 2021此次单(dan)溶(rong)酶体(ti)质谱技(ji)术(shu)开发(图(tu)2,使得该(gai)团(tuan)队可以从细胞器(qi)到细胞乃至器(qi)官整体(ti)进行代谢组学的全面研究,多尺度多维度解析(xi)衰老过程中的代谢组学变化及代谢通路机制(zhi)打下良好的基础。

图. 单溶酶体(ti)代谢(xie)组学(xue)分析平(ping)台

 

上述相关内容可(ke)参考熊伟教授(shou)课题组网站(

 

中国科学技术(shu)大(da)学生命科学与医学部副教授朱洪影(ying),博(bo)士研究生李倩(qian)倩(qian)、廖(liao)铁(tie)鹏为(wei)论文共(gong)同第一作者,熊伟教授、仓春蕾(lei)教授为论文共同(tong)通讯作者。中国科学(xue)技术大学(xue)黄光明(ming)教授、暨南(nan)大(da)学鞠振宇(yu)教(jiao)授(shou)参与(yu)了(le)合作研(yan)究(jiu)。

 

原文链接:


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