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  中国科学院昆明动物研究所陈勇彬课题组和施鹏课题组以RETSATMutationSelectedforHypoxiaAdaptationInhibitsTumorGrowth为题,在FrontiersinCellandDevelopmentalBiology上在线发表了研究论文。   陈勇彬课题组采用遗传进化与肿瘤学交叉学科的研究方法,筛选高原哺乳动物低氧适应的关键新基因,解析其在低氧实体瘤中的功能与分子机制,研究成果分别发表在NatureCommunications(2019)、NationalScienceReview(2019)、CellResearch(2021)、Signaltransductionandtargetedtherapy(2021a/2021b)、Theranostics(2020)和CancerLetters(2020)等上。   陈勇彬课题组前期与施鹏课题组、中科院动物研究所詹祥江课题组合作,运用整合组学的分析方法,发现不同的野生哺乳动物利用相同的遗传进化分子机制实现高原适应。研究发现,视黄醇饱和酶(RetinolSaturase,RETSAT)的一个氨基酸位点在高原适应的野生哺乳动物中均发生了谷氨酰胺(Q)到精氨酸(R)的突变。科研人员利用Knock-In(KI)点突变小鼠体内功能实验证实,高原突变(R)基因修饰小鼠相比野生型小鼠,主动脉直径变大,心脏功能变强,多个内脏器官血氧饱和度变大,在极限低氧饲养条件下的存活时间也更长(相关成果发表在Cell Research上)。进一步研究发现,RETSAT启动子区域高甲基化,导致其在多种低氧实体瘤中低表达且与不良预后显著相关。而敲低或过表达RETSAT,促进或抑制皮肤黑色素瘤细胞的增殖能力。体内功能研究表明,相对于野生型小鼠,RETSAT高原突变(R)基因修饰小鼠在DMBA/TPA诱导下形成SCC的能力下降,且小鼠黑色素瘤细胞系B16移植瘤形成能力下降。分子机制研究显示,RETSAT突变促进视黄酸代谢途径,下调原癌基因Pin1的表达,并抑制其下游Akt信号通路的活性和肿瘤的进程。   研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等的资助。   论文链接 

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  近期,中国科学院云南天文台副研究员高冠男等对云南天文台太阳分米波射电频谱仪所观测到的罕见U型爆发群以及其中丰富的射电精细结构进行了详细研究,发现U型射电暴的产生率在某种程度上代表了磁重联率。这是首次利用射电手段对磁重联率的变化过程进行探测。此外,他们还对耀斑环顶的密度变化、环系统的显著上升等一系列观测现象进行了研究。该研究以DecimetricType-USolarRadioBurstsandAssociatedEUVPhenomenaon2011February9为题发表在《天体物理学杂志》(TheAstrophysicalJournal)上。  磁重联是太阳爆发过程中重要的能量释放过程,快速磁重联一般被认为是多种太阳爆发现象,例如耀斑、日冕物质抛射和喷流的主要驱动机制。磁重联率作为磁重联的重要参数,在有关耀斑磁重联的数值实验中,反映了磁重联的剧烈程度。基于Lin&Forbes(2000)太阳爆发灾变模型,此前,美国哈佛大学研究人员的数值实验中发现磁重联率在第一个等离子体团出现后迅速增长为之前的5-8倍。云南天文台研究人员的数值实验工作中也有同样发现。但在观测方面却很难探测磁重联率的变化过程,观测数据不但需要具有高分辨率并且要能够示踪磁重联的变化。  云南天文台高分辨率的分米波太阳射电频谱仪(时间和频率分辨率分别为80ms和200kHz)与SDO卫星多波段成像和磁场数据相结合,展示了剧烈的磁重联释放了大量能量并驱动产生喷流。磁重联过程中的U型射电爆发群分为等离子体团产生之前和产生之后的U型射电暴,而之后的U型暴的产生速率约是之前的5倍。这与之前数值实验中所得到的磁重联率的变化一致。  该研究获得国家自然科学基金项目、国际空间科学研究所和云南省科技创新团队的支持。  论文链接

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  临床上常用X线、CT、磁共振、超声和放射性核素显像作为心血管病的诊断手段。其中,核素显像可从心肌代谢方面评估心血管症状,灵敏度和特异度较高,但存在半衰期短、成本高等缺陷,导致核素显像应用受限,临床上迫切需求新型PET心脏功能显像剂的出现。  在前期研究中,中国科学院上海药物研究所分子影像中心发现吲哚乙烯喹啉盐F16类化合物是一种具有广阔前景的靶向肿瘤线粒体的诊疗化合物(ChemicalScience2019,10(34),7946-7951),具有高度疏水性,可跨过细胞膜和线粒体膜的疏水屏障,在线粒体膜电位较高的肿瘤细胞内高度富集(心肌细胞线粒体的膜电位同样较高)。然而,尚未有研究报道其在心脏成像中的应用。  近日,上海药物所分子影像中心等研究人员以DevelopmentofmitochondriatargetedsmallmoleculedyesformyocardialPETandfluorescencebimodalimaging为题在JournalofMedicinalChemistry上在线发表研究论文,首次报道了利用小分子亲脂阳离子F16用于心脏成像的研究。该研究基于亲脂阳离子F16特有的荧光性能及线粒体靶向机制,设计并合成了一种新型的双模态探针5MEF,可用于心肌的PET成像和荧光成像(图1)。  研究人员基于小分子化合物F16设计并合成了一系列F16衍生化合物(图2a),并通过小动物离体组织荧光成像实验(图2b),筛选出了优选化合物5MEF。5MEF具有较好的心脏荧光成像效果,且对心脏没有明显的毒性,适合进一步制备成放射性18F标记的PET心脏显像探针。同时,细胞共定位染色实验也证明,5MEF在心肌细胞AC16线粒体中有明显富集效果(图2c)。  研究人员通过两步法对优选化合物5MEF进行了18F标记,放射性探针18F-5MEF具有较好的比活度(127.4±25.0GBq/μmol)和放化纯度(>98%)。体外稳定性试验结果显示,其在PBS和FBS溶液中都具有较好的稳定性,没有检测到杂质和游离18F产生,表明探针在2h内37℃孵育下状态稳定,适于进一步体内性质探究。  在小动物PET/CT成像中,18F-5MEF也显示出良好的心脏成像效果,尾静脉给药5min后即可观察到较高的心脏摄取值(8.66%ID/g),且滞留时间较长,2h后能保持7.03%ID/g的心脏摄取值,心脏与非靶比值(肌肉组织)可达4.86。  综上,基于线粒体膜电位靶向机制研发的探针5MEF,对心衰早期的诊断及各类心血管疾病心肌存活情况的准确评估具有一定优势。同时,探针5MEF的开发为小分子化合物F16开辟了新的生物医学应用,也为基于亲脂阳离子的心肌PET显像剂的研发提供了新的方向。该研究获得了科技创新2030——“脑科学与类脑研究”重大项目、国家自然科学基金、上海市科技重大专项、上海市浦江人才等项目的资助。  论文链接图1心肌PET/荧光双模态探针5MEF   图2a系列F16衍生化合物结构;bF16衍生物小鼠离体组织荧光成像结果;c心肌细胞线粒体5MEF与线粒体染料共定位成像图3放射性探针18F-5MEF的小动物PET/CT成像及各器官时间活度曲线

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  工业快速发展导致二氧化碳等温室气体排放不断增加,促使各国加速开发二氧化碳捕集利用技术。其中,设计和创建具有高效生物固碳能力的酶、生化途径、工程生物或微生物组,已成为合成生物固碳领域的研究热点。   自然界中,植物和微生物可利用六条天然固碳途径将二氧化碳转化为有机物,其中重要途径之一就是以1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)为核心固碳酶的卡尔文循环。为突破天然固碳途径的低效率,2016年和2021年,Science杂志先后报道了人工设计的非天然固碳途径CETCH循环(由德国马普陆地微生物研究所完成)和ASAP途径(由中科院天津工业生物技术研究所完成),可在无细胞系统中将二氧化碳分别转化为乙醛酸和淀粉。这些天然和人工固碳途径较长,一般包含十步以上的生化反应。一般情况下,生化途径的反应步骤越多,整体效率越低。然而,生物固碳途径必须由很多反应步骤组成吗?能否设计一条比天然固碳途径反应数更少的人工固碳途径?如果可以,这样的人工固碳途径需要在怎样的条件下运转,能够达到多高的固碳效率?   围绕上述问题,中国科学院微生物研究所研究人员基于生化反应热力学和动力学计算,设计出新的最小化的人工固碳循环。该循环包含四步反应,分别由丙酮酸羧化酶(PYC)、草酰乙酸乙酰基水解酶(OAH)、乙酸-CoA连接酶(ACS)和丙酮酸合酶(PFOR)催化,被命名为POAP循环(如图)。在四步反应中,由丙酮酸合酶和丙酮酸羧化酶催化的两步反应均为固碳反应。POAP循环每运行一轮,可以转化两分子二氧化碳生成一分子草酸,消耗两分子ATP和一分子还原力。   在POAP循环的四步反应中,关键且较难实现的是由丙酮酸合酶(PFOR)催化的还原羧化反应。正常情况下,在生物体内能够观察到的反应是PFOR催化丙酮酸氧化脱羧并释放二氧化碳。而实现POAP循环,需要把PFOR催化的氧化脱羧反应逆转过来,即催化乙酰辅酶A还原羧化生成丙酮酸。该还原羧化反应在热力学上不利,需要较大的还原力来推动反应发生。因此,研究人员考虑在厌氧条件下利用低电势的电子供体提供足够的还原力来驱动反应。通过合成并测试一系列低电势的电子供体铁氧还蛋白(Ferredoxin,Fd),研究人员发现来源于Hydrogenobacterthermophiles的Fd2对PFOR的还原羧化反应具有较强的推动作用。以Fd2作为电子供体,可以驱动热纤梭菌(Clostridiumthermocellum)来源的异型四聚体丙酮酸合酶实现乙酰辅酶A的还原羧化,这也是异型四聚体的丙酮酸合酶首次在体外实现还原羧化反应。通过进一步合成测试,研究人员获得了构建POAP循环所需要的其他三个酶PYC、OAH和ACS,采用先分别构建POAP半循环、再将两个POAP半循环整合在一起的策略,构建了具有功能的POAP循环。以13C标记的碳酸氢钠为底物进行测试,检测到POAP循环的产物13C标记的草酸,并测定出POAP循环的二氧化碳固定速率为8.0±1.8nmolCO2/min/mg固碳酶,草酸的转换数为5摩尔/摩尔POAP循环酶,固碳效率较高。   理论上,构成一个最小固碳循环需要三步反应。POAP循环只含有四步反应,接近理论最小值,是目前经过实验证实的最小化的人工固碳循环。由于途径短,在PFOR活性远低于CETCH循环固碳酶活性的情况下,POAP循环的二氧化碳固定速率仍超过了含有十二步反应的CETCH循环。POAP循环可以在厌氧和较高温度(50°C)下实现二氧化碳固定,为了解和研究地球早期生物如何进行二氧化碳固定提供了新模型,并为二氧化碳的人工生物转化提供了新的可选途径。   相关研究成果以AMinimizedSyntheticCarbonFixationCycle为题,于12月28日在线发表在ACSCatalysis上。研究工作得到中科院战略性先导科技专项预研项目、中科院重点部署项目等的资助。   论文链接 由四步生化反应组成的POAP循环

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  生物体的核酸与蛋白质分子的序列组分及相关特征(如GC/AG含量、密码子使用偏好、蛋白质物理化学性质等)对于研究基因功能和物种演化具有重要意义,是理解不同物种、不同基因家族以及不同功能基因之间差异的数据基础。  近日,由中国科学院北京基因组研究所(国家生物信息中心)国家基因组科学数据中心开发的分子序列组分动态图谱数据库CompoDynamics正式上线,旨在对序列组分的动态变化提供综合、全面的展示,以多物种的系统性比较分析为基础,为深入的分子演化研究提供参考和启示。研究成果以CompoDynamics:acomprehensivedatabaseforcharacterizingsequencecompositiondynamics为题,在线发表在NucleicAcidsResearch上。  CompoDynamics针对RefSeq数据库的基因组注释信息,分别计算分析了基因和基因组层面的3类序列组分特征(碱基组成、密码子使用偏好、氨基酸组成)和3类相关序列特征(编码潜能、蛋白物理化学性质、相分离特性)。目前,CompoDynamics共包含24,995个物种、34,562个基因组、1,692,647个基因,以及118,689,747条开放读码框序列。每条序列或每个基因组均有专门页面对各项特征进行详尽展示,并在主页以组分/特征分类展示。用户可通过物种分类、物种名、装配号、基因序列号、蛋白名称等进行检索。此外,CompoDynamics还提供了SpeciesComparator、FamilyComparator、GOComparator和CompoAnalyzer4个在线比较分析工具,分别用于物种间、基因家族间、基因功能层面的各项组分/特征比较分析,支持对用户提供序列的计算分析,促进多组分特征和多维度的分子演化研究。  研究工作得到科技部、中科院战略性先导科技专项、国家自然科学基金委员会、中科院青年创新促进会的资助。  论文链接 CompoDynamics数据库内容与结构

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  吸附法由于其操作简单、成本低、效率高等优点,在水中抗生素去除中的应用越来越受到重视。目前的吸附剂常忽略吸附剂孔径与抗生素分子尺寸之间的匹配关系,对吸附能力造成限制。  近期,中国科学院城市环境研究所研发出一种孔道结构可调的3D多孔碳纳米纤维/氧化石墨烯复合气凝胶(PCNF/GOA),应用于高效去除水中抗生素。该凝胶添加聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为成孔剂,3DPCNF/GOA在0.8-2nm(与四环素分子匹配的尺寸)范围的孔体积增加了12倍,从而将其对四环素的吸附容量增加了9倍(最大吸附容量超过900mg/g)。此外,由于3DPCNF/GOA的自支撑特性,其柱前压远低于传统颗粒吸附剂。  该研究在开发一种高效的抗生素吸附材料的同时,还为三维纳米纤维微观孔结构的调控提供了新思路。  相关成果发表在EnvironmentalScience:Nano上。研究得到国家自然科学基金、中科院青年创新促进会等支持。  论文链接 三维碳气凝胶吸附抗生素示意图

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