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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(shi)生(sheng)物(wu)(wu)体内在的性质(zhi),细(xi)(xi)胞中损伤蛋(dan)白质(zhi)积累(lei)是(shi)生(sheng)物(wu)(wu)体衰老(lao)的一个重要特(te)征。自(zi)噬(shi)是(shi)溶酶体降(jiang)解(jie)受损细(xi)(xi)胞器和蛋(dan)白质(zhi)的基本途径。蛋(dan)白质(zhi)聚集体主要依(yi)赖溶酶体的细(xi)(xi)胞自(zi)噬(shi)途径降(jiang)解(jie)成(cheng)小(xiao)分子代谢物(wu)(wu),然后释放到胞质再循环利用。越来越多的证据表明(ming)细胞衰老与溶(rong)酶体及(ji)其内(nei)部(bu)代谢过(guo)程(cheng)有着密切的联(lian)系。早期对于(yu)溶酶(mei)体代谢的研究一般都是经过分离、纯化得到大量(liang)溶酶体匀浆后进行分析(xi)然而仅(jin)仅(jin)在一个细胞(bao)中(zhong)就包含多(duo)种溶(rong)酶体,如自噬溶(rong)酶体(ti)autolysosome内吞溶酶体(endolysosome。因此,研究不同类型溶酶体(ti)在衰老(lao)过(guo)程中(zhong)代谢(xie)功能变化的(de)特异性(xing),可以为针对(dui)性(xing)的(de)开(kai)发延缓(huan)或逆转(zhuan)衰老(lao)的(de)药物靶(ba)点提供新的(de)可能以及研究途径。不过(guo),由于技术局(ju)限性(xing),目前还无法针对(dui)单(dan)个溶酶体(ti)内代谢(xie)组进行检测,也更不(bu)可(ke)能(neng)从单(dan)个溶(rong)酶体代谢组学角度去研究(jiu)细胞衰老


2021614日,中国科(ke)学(xue)(xue)技(ji)术大(da)学(xue)(xue)附属(shu)第一医院脑衰老与脑疾病研究中心、中科(ke)大(da)生(sheng)命科(ke)学(xue)(xue)与医学(xue)(xue)部的熊伟教(jiao)授课(ke)题组与仓春蕾教授课题组合(he)作(zuo),在Nature Methods 上发表了题(ti)为“Metabolomic Profiling of Single Enlarged Lysosomes”的封面(mian)文章。该研究(jiu)建立了世界上首(shou)个单溶酶体代谢(xie)组质谱检测技术(SLMS),首(shou)次(ci)实现了(le)基(ji)于单个(ge)溶酶体(ti)代谢组学信(xin)息(xi)的(de)溶(rong)(rong)酶体分(fen)型,并深度探索了细(xi)胞(bao)衰老过程中溶(rong)(rong)酶体代谢组学的(de)异质性改变。


 

. Nature Methods》封面(mian)文章

 

人们普遍认为,衰老(lao)过程中溶(rong)(rong)(rong)酶(mei)体(ti)(ti)的功(gong)能(neng)受损,溶(rong)(rong)(rong)酶(mei)体(ti)(ti)功(gong)能(neng)障碍(ai)可能(neng)导致溶(rong)(rong)(rong)酶(mei)体(ti)(ti)合(he)成分(fen)解等(deng)代谢能力的降低。那么是(shi)(shi)所(suo)有类(lei)型的溶(rong)酶体的代(dai)谢能力都受(shou)(shou)损?还是(shi)(shi)只是(shi)(shi)某些类(lei)型的溶(rong)酶体代(dai)谢功能受(shou)(shou)损呢?而(er)其它类(lei)型溶(rong)酶体又是(shi)(shi)如何(he)改变的呢?熊伟教(jiao)(jiao)授与(yu)仓(cang)春蕾教(jiao)(jiao)授团队通过上述SLMS技术对该问(wen)题进行(xing)了(le)研究。首(shou)先,基于单溶(rong)酶(mei)体(ti)代(dai)谢(xie)组,他们对各不同(tong)细胞来源(肾细胞、成纤维细(xi)胞上皮细(xi)胞(bao))的溶酶(mei)体进行了分类(lei),发现在各类(lei)细胞中溶酶(mei)体均被分为了5个(ge)亚群,且均(jun)包含(han)了内吞溶酶体(ti)(ti)和自(zi)噬溶酶体(ti)(ti)。接下来作(zuo)者基于(yu)单溶(rong)酶体(ti)代谢组学分析(xi)研究了细胞衰老过程(cheng)中各类溶(rong)酶体的(de)代谢组的(de)变化。发现(xian)自噬溶(rong)酶体中大(da)多数(shu)代谢物(wu)显著下调,而内吞溶(rong)酶(mei)体则相反。在(zai)数(shu)量(liang)上(shang),细胞中自噬溶(rong)酶(mei)体的比例显(xian)著降低,从22%下降到10%,而内吞溶酶(mei)体的比例从15%上升到了23%其它(ta)类型溶(rong)酶体的比(bi)例变(bian)化则不明显。此外作者也(ye)对(dui)5溶酶体(ti)亚(ya)群在细胞衰(shuai)老过程中的代谢变(bian)化分(fen)别展开了解析,发现每类溶(rong)酶体亚群的代(dai)谢组学改变(bian)均不相(xiang)同。这(zhei)就说明细(xi)胞衰老(lao)过程中(zhong)溶(rong)(rong)酶(mei)(mei)体(ti)(ti)的(de)代谢变化(hua)是(shi)存在溶(rong)(rong)酶(mei)(mei)体(ti)(ti)类型(xing)特异性的(de),因此研究衰老(lao)过程中(zhong)各类溶(rong)(rong)酶(mei)(mei)体(ti)(ti)的(de)变化(hua)异质(zhi)性是(shi)针(zhen)对性解决细(xi)胞衰老(lao)及其(qi)相关疾病的(de)重要路径之一(yi)。


值得(de)一(yi)提(ti)的(de)是,熊(xiong)伟(wei)教授课(ke)题(ti)组前(qian)期(qi)通过学科交叉合(he)作共(gong)同(tong)建立单细胞质谱技(ji)术以及质(zhi)谱成像(xiang)技术(shu)用于检测单个(ge)细胞内以及(ji)整(zheng)体器官的代(dai)谢组PNAS, 2017; Cell, 2018; Anal Chem, 2019a,b; Cell Reports, 2020; Nature Communications, 2021此次(ci)单(dan)溶酶(mei)体质谱技术开(kai)发(图2,使得该团队(dui)可以从(cong)细胞器到细胞乃至器官整(zheng)体进行代谢(xie)组学(xue)的全面研究,多(duo)尺度多(duo)维(wei)度(du)解析衰老过程中的代谢组学(xue)变(bian)化及代谢通(tong)路机制打(da)下(xia)良好(hao)的基础。

图. 单溶酶体代(dai)谢组分析平台(tai)

 

上述相(xiang)关内容可参(can)考熊伟教授课(ke)题(ti)组网站(

 

中国科学技术大学生命科学与(yu)医学部副教授朱洪影,博(bo)士(shi)研究生李倩倩、廖(liao)铁鹏为(wei)论文共同第一作者(zhe),熊(xiong)伟(wei)教授、仓春蕾(lei)教授为论(lun)文共(gong)同(tong)通讯作者(zhe)。中国(guo)科学技术(shu)大(da)学黄光明教(jiao)授、暨南大学鞠(ju)振宇教授参与(yu)了合(he)作研究。

 

原文(wen)链接:


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