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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


衰老是(shi)生(sheng)物(wu)体(ti)(ti)内在的(de)性质,细胞中损伤蛋白质积(ji)累是(shi)生(sheng)物(wu)体(ti)(ti)衰老的(de)一(yi)个重要特征。自噬是(shi)溶(rong)酶(mei)体(ti)(ti)降(jiang)解受损细胞器和蛋白质的(de)基本途径。蛋白质聚集体(ti)(ti)主要依赖溶(rong)酶(mei)体(ti)(ti)的(de)细胞自噬途径降(jiang)解成小分子(zi)代谢物(wu),然后(hou)释放(fang)到胞质再(zai)循环(huan)利用。越来越多的证(zheng)据表明细胞衰老与溶酶体(ti)及其内部(bu)代谢过程有着密切的(de)联系。早(zao)期对于溶酶体代(dai)谢的研究一般都是经过(guo)分离(li)、纯化得到(dao)大量溶(rong)酶(mei)体(ti)匀浆后进行分析然(ran)而仅(jin)仅(jin)在一个细胞中(zhong)就包含多种溶(rong)酶(mei)体,如自(zi)噬溶酶体autolysosome内吞溶酶体(endolysosome等(deng)。因此,研究不(bu)同类型溶(rong)酶(mei)(mei)体在衰老(lao)过程中(zhong)代谢(xie)功能变化的(de)特异性(xing)(xing),可以为针(zhen)对性(xing)(xing)的(de)开发延缓(huan)或(huo)逆转衰老(lao)的(de)药物靶点(dian)提供新的(de)可能以及研(yan)究途径(jing)。不(bu)过,由于技术局限性(xing)(xing),目(mu)前(qian)还无法针(zhen)对单个溶(rong)酶(mei)(mei)体内(nei)代谢(xie)组进行检测,也更不可能从单个溶酶体代谢组(zu)学(xue)角度去研究(jiu)细(xi)胞(bao)衰老


20216月(yue)14日,中(zhong)国(guo)科(ke)学技术(shu)大学附属(shu)第一医院(yuan)脑衰老与脑疾(ji)病研究中(zhong)心、中(zhong)科(ke)大生命科(ke)学与医学部(bu)的(de)熊(xiong)伟(wei)教授课(ke)题(ti)组与仓春(chun)蕾教(jiao)授课题组合作,在Nature Methods 上(shang)发表了(le)题为“Metabolomic Profiling of Single Enlarged Lysosomes”的封面(mian)文章。该研究建(jian)立了世界上首个单溶(rong)酶体代谢(xie)组质谱(pu)检测(ce)技术(SLMS),首(shou)次(ci)实(shi)现了(le)基于单(dan)个溶酶体代谢组学信息的溶(rong)酶(mei)(mei)体(ti)(ti)分型,并深度探索了细胞衰老过程中溶(rong)酶(mei)(mei)体(ti)(ti)代谢(xie)组学(xue)的异(yi)质性改变(bian)。


 

图(tu). Nature Methods》封(feng)面文章

 

人们普遍认为,衰老(lao)过程中(zhong)溶酶(mei)体(ti)(ti)的功能(neng)(neng)受损,溶酶(mei)体(ti)(ti)功能(neng)(neng)障(zhang)碍可能(neng)(neng)导(dao)致溶酶(mei)体(ti)(ti)合成分解(jie)等(deng)代谢能(neng)力的(de)(de)降(jiang)低。那么是(shi)所有类(lei)型的(de)(de)溶酶(mei)体的(de)(de)代谢(xie)能(neng)力都受损?还是(shi)只是(shi)某些类(lei)型的(de)(de)溶酶(mei)体代谢(xie)功能(neng)受损呢?而(er)其它类(lei)型溶酶(mei)体又(you)是(shi)如何改变的(de)(de)呢?熊伟教(jiao)授与仓春蕾教(jiao)授团队通过上(shang)述SLMS技术对该问题(ti)进行了研究。首先,基于单溶(rong)酶(mei)体代谢组,他们对各不(bu)同细胞(bao)来源(肾细胞(bao)、成纤(xian)维细(xi)胞上皮(pi)细胞(bao))的溶(rong)酶(mei)体(ti)进行(xing)了(le)分类,发(fa)现在各类细胞(bao)中溶(rong)酶(mei)体(ti)均(jun)被(bei)分为了(le)5个亚群(qun),且均包含了内吞溶酶体和(he)自噬溶酶体。接下(xia)来作者(zhe)基(ji)于单溶(rong)酶体(ti)代谢组(zu)学分析研究了细胞衰老(lao)过程中各类溶酶体(ti)的(de)代(dai)谢组的(de)变化。发现自噬溶酶体(ti)中大(da)多(duo)数代(dai)谢物显著下(xia)调,而内吞(tun)溶(rong)酶体(ti)则相反(fan)。在数量上,细胞中(zhong)自(zi)噬溶(rong)酶体(ti)的比例显(xian)著降低(di),从22%下降到10%,而内(nei)吞溶(rong)酶体的比例从15%上升到了(le)23%其它类型溶(rong)酶体(ti)的比(bi)例变化(hua)则不明显。此外作者也(ye)对5溶(rong)酶体亚群在细(xi)胞(bao)衰老过程中的代谢变化分别展开了解析(xi),发现每类溶酶体亚群(qun)的代谢组(zu)学改变均不相同。这就说明(ming)细胞衰(shuai)老过程中溶酶体(ti)的代谢变化是(shi)存在溶酶体(ti)类(lei)型(xing)特异性(xing)(xing)的,因此(ci)研(yan)究衰(shuai)老过程中各类(lei)溶酶体(ti)的变化异质(zhi)性(xing)(xing)是(shi)针对性(xing)(xing)解决细胞衰(shuai)老及其相关疾病的重要路(lu)径之一。


值得一提的是,熊伟教(jiao)授课题组前期通过学科交(jiao)叉合作(zuo)共同建立了(le)单细胞质谱技术以及质谱成(cheng)像(xiang)技术(shu)用于检测单个细胞内以及整体(ti)器官的代谢组PNAS, 2017; Cell, 2018; Anal Chem, 2019a,b; Cell Reports, 2020; Nature Communications, 2021此次单溶(rong)酶体质谱技术的(de)开发(图(tu)2,使得该团队可以从细胞器(qi)到(dao)细胞乃(nai)至器(qi)官整体进行代谢组学(xue)的全(quan)面研究(jiu),多尺度多维度解析衰老过(guo)程中的代谢组(zu)学(xue)变(bian)化及代谢通路机(ji)制打下良好(hao)的基础。

图. 单溶(rong)酶体代谢组分析(xi)平台

 

上述相关内容可参考熊伟教授课题组网站(

 

中国科学技术大学生命科学与医(yi)学部副教授(shou)朱洪影,博士研究生(sheng)李倩倩、廖铁(tie)鹏(peng)为论文共同第一作(zuo)者,熊伟教授(shou)、仓春(chun)蕾教授(shou)为论文共同通讯作者。中国科学技(ji)术大学黄光明教授、暨南(nan)大学鞠振宇教授(shou)参(can)与了合作研(yan)究。

 

原文链接:


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