2019年生物化学15大发现

2019年生物化学发现

2019年生物化学发现现代分析和研究方法显著改变了生物化学研究的运作方式,这在2019年尤为明显。例如,分析方法的进步使得重新评估一些普遍接受的测量方法,如BPA暴露水平。

同时,高通量方法的出现显著加快了药物发现的关键分析蛋白质在各种生物中,如真菌,以及细胞蛋白质动物和人类。计算机建模的进步也为关键的生物分子如何工作提供了新的见解。

总的来说,过去的一年为研究人员提供了各种类型的信息,这些信息可能会改善我们的生活,包括治疗的新想法,以及对当前危害我们健康的危险的更好理解。这里列出的发现列表展示了这些神奇的进展。

2019年生物化学顶级发现

以下是值得注意的生物化学2019年世界各地的新闻:

1

这种蠕虫的秘密是:由于激活了一种重要的自噬蛋白,寿命较短的蛔虫物种可以活得更长[美国,2019年12月]。

自噬是细胞内体积较大的结构,如大体积蛋白质和线粒体,被销毁和回收。最近发现自噬是有选择性的,一些蛋白质参与标记并将它们传递到一个独特的细胞结构,称为吞噬体被发现。他们中的一些人发现了延长寿命的新作用。

桑福德·伯纳姆·普雷比斯医学发现研究所的一个研究小组此前发现,在蛔虫种群C. elegance的生命早期阶段实施轻微的心脏休克,可以延长蛔虫的寿命。对地震后发生的过程的彻底分析表明:

  • 研究发现,在受到热休克的蠕虫中,编码蛋白质p62和sqst-1的基因水平增加。
  • 蛋白P62和sqst-1参与细胞自噬过程。
  • 当研究人员创造出具有突变sqst-1基因的蠕虫,并将它们暴露在类似的热休克环境中时,他们注意到自噬活动在神经细胞蛔虫的数量减少了。
  • 在具有完整sqst-1基因的典型蛔虫中,在发育早期经历轻微热休克后,它们的寿命增加了约25-30%。
  • 在sqst -1突变的蛔虫中,没有观察到寿命增加。

这些发现对开发治疗亨廷顿舞蹈症和阿尔茨海默病的方法尤其有益,这两种疾病在一定程度上是由有害蛋白质的积累引起的。找到通过p62等蛋白质诱导自噬的方法可能有助于这些疾病的治疗。值得注意的是,高p62水平被发现与癌症的发展有关,所以这种特殊的蛋白质可能对治疗没有帮助。然而,与p62功能相似的人造蛋白质在药理学上有很大的发展前景。

参考“自噬受体p62/SQST-1通过诱导自噬促进秀丽隐杆线虫的蛋白酶稳定和寿命|自然通讯”.于2020年3月22日通过。链接

2

双酚a警告:众所周知的危险化学物质在人体中的含量远高于预期[美国,2019年12月]

双酚A (BPA)是一种广泛应用于多种塑料制品的化学物质。已证实BPA可干扰多种内分泌过程,导致代谢紊乱。在怀孕期间接触BPA对胎儿的发育也有危险。在动物中,低至2-5 μ g/kg的剂量可引起显著的副作用。华盛顿州立大学铂尔曼分校的一组研究人员将传统的间接测定尿液中BPA水平的方法与新合成的直接测定方法进行了比较。

  • 间接方法涉及使用一种来自蜗牛的酶螺旋pomatia水解双酚a代谢物,双酚a葡萄糖醛酸并测量产生的游离双酚a。
  • 直接法通过与认证标准进行比较来测定BPA代谢物。
  • 两种方法对人工尿液样本的测试表明,间接法检测出大约2/3或更少的实际游离BPA浓度。
  • 研究人员还测量了29名孕妇尿液中的BPA水平,间接法的结果比直接法低19倍。
  • 用直接法测得的孕妇尿液中的BPA水平比最近一项全国调查报告的水平高出44倍。
  • 在5名成年男性和5名未怀孕的女性中也观察到了类似的趋势。

研究小组获得的数据表明,广泛使用的双酚a测量方法存在缺陷,人类暴露于双酚a的程度明显高于此前的预期。鉴于低剂量的双酚a对动物的危害,以及人类接触双酚a的更高可能性,需要进行新的研究,并重新审视FDA的指导方针。

参考BPA:有缺陷的分析技术损害了风险评估吗?——《柳叶刀》杂志上。于2020年3月22日通过。链接

3.

一切都在血红素中:在棕色脂肪中发现的一种对肥胖发展至关重要的分子[美国,2019年11月]

血红素是一种具有多种功能的分子:它既是许多酶和蛋白质(包括血红蛋白)的关键组成部分,也是一种驱动各种分子和细胞过程的信号分子。血红素分子的功能和传递机制仍在研究中。斯克里普斯研究所(Scripps Research Institute)的一组研究人员研究了孕酮受体膜成分2 (PGRMC 2)的功能。PGRMC 2在子宫、肝脏和其他区域的细胞中活跃,包括棕色脂肪。该研究小组重点研究了PGRMC 2在该领域的功能。他们发现:

  • PGRMC 2是传递血红素信号分子到细胞核所必需的。
  • 在小鼠棕色脂肪中缺失PGRMC 2会导致严重的线粒体功能障碍。
  • 缺失PGRMC 2的小鼠无法正常调节体温,如果喂食富含脂肪的食物,则有代谢紊乱的风险。
  • 肥胖小鼠经PGRMC 2激活剂治疗后,糖尿病症状得到改善。

这一发现对于理解脂肪组织中发生的过程至关重要,并为治疗代谢紊乱和肥胖指明了一条潜在的途径。

参考PGRMC2是一种细胞内血红蛋白伴侣,对脂肪细胞功能至关重要.于2020年3月22日通过。链接

4

为什么沙利度胺对未来的婴儿有危险:一项合作研究描述了一种对沙利度胺的致畸作用至关重要的蛋白质[2019年10月日本-意大利]

沙利度胺是1950年广泛用于治疗晨吐的药物。十年后,研究证明使用沙利度胺会导致婴儿发育严重异常。本质上,服用沙利度胺的孕妇的孩子有肢体畸形和耳朵发育问题。目前发现沙利度胺可用于血癌和麻风病的治疗。它也有用的治疗炎症,但仍禁忌在怀孕。

东京医科大学的日本科学家和来自米兰研究大学萨力多胺(thalidomide)干预胚胎发育的机制。这个国际小组观察了萨力多胺对斑马鱼的影响,并发现:

  • 在此之前,人们已经确定,控制萨力多胺在体内活动的关键蛋白质之一是大脑。
  • 研究发现,小脑与p63的几个异构体结合,p63是p53家族的一种蛋白质。
  • ∆Np63α是一种p63蛋白异构体,对肢体发育至关重要。
  • 另一种异构体,TAp63α,是耳朵发育的关键蛋白质。
  • 萨力多胺-小脑-p63链的相互作用导致胸鳍和胸鳍的缺陷囊泡在发展中斑马鱼。

如果研究人员能够理解沙利度胺导致胚胎发育异常的机制,就有可能调整治疗计划,以减轻这种有前途的药物的有害影响。

参考p63是一种参与沙利度胺致畸作用的脑底物|自然化学生物学.于2020年3月22日通过。链接

5

如何镇静甲状旁腺:一种可能有助于甲状旁腺功能亢进的新信号分子[新加坡-印度,2019年4月]

甲状旁腺功能亢进是一种由甲状旁腺组织过度生长引起的疾病。甲状旁腺负责钙的水平和神经系统调节过度,导致高钙血症和神经系统紊乱。目前,这种情况通过手术治疗,但并不总是成功的,而且可能有潜在的副作用。新加坡杜克-新加坡国立大学医学院(Duke-NUS Medical School)心血管和代谢紊乱项目的一个团队研究了小鼠甲状旁腺的活动,发现:

  • 在发育中的小鼠甲状旁腺中,分泌的糖蛋白Sema3d (Sema3d)的水平很高。
  • 小鼠中负责Sema3d的基因缺失导致了这些模型动物甲状旁腺的过度生长和甲状旁腺功能亢进的症状。
  • Sema3d通过一种名为表皮生长因子受体
  • 在Sema3d基因缺失的小鼠中,EGFR水平增加。
  • 如果EGFR被一种通常用于癌症治疗的特定抑制剂阻断,阴性症状就会部分减轻。

这一发现可能会导致一种不需要手术的甲状旁腺功能亢进的治疗方法。

参考"分泌蛋白Semaphorin3d缺乏导致小鼠甲状旁腺发育异常".于2020年3月22日通过。链接

6

翻滚酶:研究人员描述了一种灵活的“生产线“产生抗生素的特殊蛋白质”[加拿大-法国,2019年11月]

我们日常使用的大多数抗生素都是由细菌产生的。为了生产这些化合物世界杯2022赛程时间表 利用一种独特的酶家族-核糖体肽合成酶(NRPS)。他们在细菌细胞就是合成小分子通常用于防御目的。对专家来说,这些分子可以成为未来抗生素的基础。

合成过程涉及不同NRPS蛋白的组装,形成模块化生产线。目前,科学家们可能知道参与这一过程的单独酶模块的结构和功能,但不知道整个酶系的功能。加拿大蒙特利尔麦吉尔大学(McGill University)生物化学系和巴黎索邦大学(Sorbonne)的一个团队的合作,帮助科学家更好地理解了抗生素生物合成的过程。

  • 研究人员使用x射线晶体学分析了线性gram杀虫素合成酶亚基A (LgrA)的结构,LgrA是负责生产线性gram杀虫素的链的一部分短杆菌。
  • LgrA有两个模块,它们必须一起工作才能执行相关功能。
  • x射线晶体学揭示了LgrA有五种不同的晶体结构,并且无论它们的组织方式如何,每一种都能够执行它们的功能。
  • LgrA结构也被发现在解决方案中非常灵活。
  • 只有当反应中的中间体从模块的一个区域传递到另一个区域时,模块才能以不同的方向相互作用并相互协调。

这一发现表明,NRPS组装线上的蛋白质模块具有意想不到的灵活性。如果研究人员了解这些模块是如何在细胞中相互作用的,他们就有可能在实验室中通过调整模块来复制这个过程,并产生具有所需特性的新分子。

参考二模非核糖体肽合成酶的结构揭示构象的灵活性.于2020年3月22日通过。链接

7

强化蛋氨酸:研究人员发现了影响蜘蛛丝蛋白质属性的关键结构[2019年9月,德国]

对于生物工程专家来说,蜘蛛丝是一种可爱的材料。蜘蛛网非常结实和有弹性。它们是由被称为spidroins.纽维勒博士和他的团队在生物技术和德国Würzburg的julius - maximilians大学的生物物理学家决定分析保育网蜘蛛E. australis蜘蛛网里蜘蛛的结构。人们发现:

  • 蜘蛛素具有n端结构域(NTDs),与相邻蛋白的相应结构域相互作用,形成紧密的二聚体。
  • 这些NTDs含有高水平的氨基酸蛋氨酸。
  • 研究人员已经将蜘蛛蛋白NTD区域核心的所有蛋氨酸突变为亮氨酸。
  • 突变蛋白的结构被保留,但这些蛋白不能形成二聚体。
  • 蛋氨酸也负责蛋白质的灵活性,这也有助于更紧密的结合蛋白质。

这一发现有助于开发一种类似蜘蛛丝的合成材料。

参考蛋白质疏水核心中的蛋氨酸驱动蜘蛛丝|组装所需的紧密相互作用.于2020年3月22日通过。链接

8

人类唾液的秘密:一个国际团队描述了唾液中的蛋白质是如何润滑我们的口腔的[英国,2019年11月]

我们永远不应该低估口腔中有规律形成的唾液。这种生物液体具有多种功能:它含有消化酶,具有抗菌特性,还能持续润滑口腔。没有润滑,我们就不能说话,也不能吃饭。在润滑过程中,形成了特殊的结构薄膜。英国利兹食品科学与营养学院的研究人员开发了一种唾液膜模型,有助于解释其润滑特性:

  • 在他们的模型中,研究人员使用了两种唾液蛋白——粘蛋白(带负电荷)和乳铁蛋白(带正电荷)。
  • 研究表明,黏蛋白形成了一个网络,可以捕获水分子。
  • 乳铁蛋白是一种胶水黏蛋白分子之间,以及黏蛋白和口腔表面之间,这有助于润滑。
  • 乳铁蛋白和粘蛋白与水分子一起形成一个复杂的结构,被证明是比水本身更有效的润滑剂。
  • 虽然实际的唾液膜除了黏液蛋白和乳铁蛋白外,还包含多种唾液蛋白,但该模型的创造者认为它很好地反映了润滑的生物机制。

这种模型可以帮助开发有效的润滑剂,也可以用于治疗被称为嘴部润滑时嘴部润滑不足。

参考“一个自组装的二元蛋白质模型解释了从宏观到纳米尺度的高性能唾液润滑”-威利在线图书馆。于2020年3月22日通过。链接

9

蝎子和山葵有什么共同之处:一种来自蝎毒的针对山葵受体的新蛋白质可能会导致治疗慢性疼痛的开发[2019年8月美国-匈牙利]

芥末受体是位于人体感觉神经末梢细胞膜上的一种蛋白质。学名是TRPA1.这种蛋白质会被芥末香料、烟、大蒜和洋葱中的物质等刺激物激活。通常,这些刺激物与TRPA1的一个区域相连,这个区域叫做变构关系。通过连接到这个区域,刺激物引发疼痛信号。除了疼痛,它们还通过钙转运的启动引起炎症。加州大学旧金山分校的一个研究小组从澳大利亚黑岩蝎毒素中发现了一种肽毒素,并描述了它的独特特性:

  • 这种蝎子成分被称为芥末酱受体毒素(WATx)。
  • 比较了WATx与芥子油的作用。
  • 在小鼠中,芥菜油引起疼痛和炎症,而WATx只引发疼痛反应。
  • WATx被证明与其他植物刺激物-变构关系的同一位点相互作用。
  • WATx和植物刺激物(芥末和洋葱)的成分都可以渗透细胞膜。
  • WATx使TRPA1受体永久开放,阻断钙的流入。
  • 没有钙的流入,就不会发生炎症。

研究人员认为这个新发现的肽是研究TRPA1功能和阐明慢性疼痛综合征机制的重要工具。

参考“穿透细胞的蝎毒素使TRPA1和疼痛的模式特异性调制成为可能”——Cell.com。于2020年3月22日通过。链接

10

防御焦虑:在恒河猴身上发现的减少焦虑行为的蛋白质[美国,2019年12月]

有所谓的人焦虑性情——在大多数情况下,他们容易看到潜在的危险。这种焦虑气质甚至可以在儿童早期的焦虑中看到,这种类型的焦虑不仅是人类独有的,也可以在猴子身上看到。由加州国家灵长类动物中心的安德鲁·福克斯和纽约州立大学下州医学中心的塔德·索艾亚领导的一个研究小组分析了46只表现出焦虑气质的年轻恒河猴的大脑中的蛋白质,以便更好地理解焦虑背后的过程。

  • 研究人员分析了杏仁核组织中的蛋白质,杏仁核是大脑中负责恐惧和情绪反应的区域。
  • 他们发现,在等待猴子认为危险的事情发生时,几种蛋白质的浓度会增加。
  • 研究小组还发现,这种水平的蛋白质叫做生成-3 (NTF3)在猴子经历焦虑时减少。
  • 神经营养因子- 3是一种研究相对较少的蛋白质,负责新的神经通路的创建。
  • 研究人员在磁共振成像指导下的手术帮助下提高了NTF3的水平。
  • NTF3浓度的增加降低了猴子的焦虑行为水平和与焦虑相关的蛋白质水平。

这一发现有助于更好地理解灵长类动物的焦虑,也有助于开发治疗焦虑的方法。

参考“背侧杏仁核神经营养素-3降低灵长类动物的焦虑气质”——生物精神病学。于2020年3月22日通过。链接

11

鲨鱼绿色伪装的秘密:在鲨鱼身上发现了一组新的具有生物发光特性的小分子

许多海洋动物都能发出生物荧光——它们利用荧光分子将蓝光转化为绿光。最近,在两种鲨鱼中发现了生物发光现象——膨胀鲨和链猫鲨。耶鲁大学的一个研究小组决定研究它们生物发光的基础机制。他们的研究揭示了几件事:

  • 两种鲨鱼都有两种皮肤:浅色皮肤和深色皮肤。
  • 鲨鱼浅色皮肤区域的齿状体扮演着光学导光器的角色。
  • 这些真皮齿还含有一种叫做Bromo-tryptophan-kynurenines
  • 与之前已知的荧光蛋白(如刺胞动物和珊瑚中的绿色荧光蛋白)相比,这些化学物质使用不同的荧光机制。
  • 溴色氨酸激肽也有抗菌性能。
  • 这些皮肤化合物被鲨鱼用来识别彼此,也被用作抵御微生物的手段。

这项研究打开了一个新的研究领域,旨在了解生物发光的机制和作用在鲨鱼。了解海洋动物产生光的机制也是必不可少的,因为荧光是一个重要的实验室工具。

参考“鲨鱼的亮绿色生物荧光源于溴-蛇烯酸代谢”——Cell.com。于2020年3月22日通过。链接

12

我们可以使用一些稳定性:一种可以稳定糖尿病中淀粉样结构的蛋白质[美国,2019年8月]

淀粉样蛋白是一种非典型的蛋白质团块,可以在细胞中形成,破坏细胞的活动。淀粉样蛋白在帕金森病和阿尔茨海默病的发展中发挥作用,干扰神经细胞的正常进程。最近,在II型糖尿病患者的胰岛中也发现了淀粉样结构。研究还表明,通常在线粒体中发现的几种蛋白质可以与神经细胞中的这些淀粉样蛋白聚集体相互作用。耶鲁大学医学院Zachary Levine领导的一个研究小组模拟了其中一种蛋白质——人蛋白和II型糖尿病胰岛中的淀粉样结构之间的相互作用。该模型表明:

  • 人蛋白与淀粉样化合物相互作用的高精度。
  • 人蛋白不允许淀粉样蛋白团块进一步生长。
  • 人蛋白-淀粉样蛋白复合物比单纯淀粉样蛋白更稳定。
  • 人蛋白不参与这些异常蛋白的变性。
  • 受影响的胰岛细胞的光谱学和电子显微镜证实了基于模拟的假设。

这项工作可以帮助开发糖尿病和阿尔茨海默病的治疗方法。

参考《线粒体肽人蛋白靶向II型糖尿病淀粉样低聚物但不使其变性》- - - - - - ACS出版物。于2020年3月22日通过。链接

13

真菌宝库:研究人员创建了一个来自真菌的生物活性化合物图书馆[2019年11月,荷兰]

真菌含有多种具有生物活性的化学物质。目前在医学上使用的许多化合物都源于真菌。然而,逐一寻找化合物是缓慢而经济的。目前的生化方法允许快速筛选和测试可能有用的化学物质,来自荷兰乌得勒支大学和莱顿大学的荷兰研究团队决定使用它们大规模筛选潜在有用的真菌化合物。在他们的项目过程中,科学家们做了以下工作:

  • 为了测试每种化合物的性质,我们使用了斑马鱼胚胎(斑马鱼)。
  • 10,207种真菌保存在Westerdijk真菌生物多样性对研究所进行分析,并测定其代谢物。
  • 从所有研究的化合物中,15%的真菌产生了影响斑马鱼胚胎发育的化学物质。
  • 研究人员选择了39种真菌进行进一步分析。
  • 在这些真菌中,有34种化合物被发现会导致胚胎发育缺陷。
  • 其中一些化合物已经为人所知,而另一些尚未被研究。
  • 在分析过程中,从10207个代谢物库真菌的物种可以用于其他研究项目和分析过程中。

这项工作是独特的,因为它使用了真菌学、胚胎学和生物化学的方法来分析潜在的活性化合物。因此,它也为科学家提供了一个广泛的生化库,可用于进一步的研究和药物开发。

参考真菌代谢产物的新视角:利用斑马鱼胚胎发生技术鉴定真菌中的生物活性化合物|科学报告.于2020年3月22日通过。链接

14

如何解开蛋白质:新方法帮助我们理解关键酶如何解开需要被破坏的旧蛋白质[美国,2019年8月]

细胞不断地破坏旧的蛋白质,并从释放出来的构件中构建新的蛋白质。Cdc48腺苷磷酸酶是负责破坏蛋白展开的关键蛋白质之一。犹他健康大学的研究人员决定分析这种复杂蛋白质的结构和活性。

  • Cdc48纯化自酵母细胞。
  • 研究人员使用低温电子显微镜(cryo-EM)拍摄了时间定格照片。
  • 这种方法足够快,可以捕捉到蛋白质逐步展开的过程。
  • Cdc48形成一个复杂的六聚体,中间有一个中心孔,蛋白质通过这个孔被拉出。
  • 蛋白质像传送带一样被输送出去。
  • 研究发现,Cdc48同时与各种其他蛋白质结合,而这些相互作用还无法分析和描述。

该研究为研究Cdc48的功能奠定了基础,并有望在人类细胞中进行分析。众所周知,Cdc48对身体和穴位的正常功能至关重要突变这种蛋白质基因的缺陷会导致严重的疾病,比如肌萎缩性侧索硬化症(ALS)。了解它的功能有助于治疗这种疾病的患者。

参考Cdc48分离酶展开底物时的结构|.于2020年3月22日通过。链接

15

为什么山羊开菲尔对你有好处:研究发现,从羊奶中提取的开菲尔中含有11种具有各种促进健康特性的化合物[2019年3月,西班牙]

克菲尔是一种发酵奶饮料,在几个国家都很受欢迎。它含有乳酸,被认为对健康有多种好处。最近,用山羊奶制成的克菲尔在西班牙很受欢迎。西班牙科尔多瓦大学(University of Cordoba)的生物化学和蛋白质组学专家决定对羊奶开菲尔进行分析,以了解其中可能含有哪些有用的物质。

  • 研究人员对发酵过程中不同时间的开菲尔中所含的所有多肽进行了分析。
  • 在分析过程中发现了2328个独特的肽。
  • 研究人员选择了22种感兴趣的多肽,并利用串联质谱技术研究了它们在饮料中的浓度动态。
  • 24小时后多肽浓度最高发酵
  • 共发现11种功能已知的多肽,以酪蛋白为主。
  • 在开菲尔酒中发现的多肽具有一系列有益的活性——它们可以杀死细菌,降低血压,并捕获活性氧。

这是第一次对这类饮料进行综合分析。它有助于证实克菲尔有益的说法。与用牛奶制成的类似饮料相比,这项研究也可能促进羊奶开菲尔的普及,因此它具有商业和学术意义。

参考山羊奶开菲尔的蛋白质组学分析:发酵时间依赖性蛋白图谱消化和具有生物活性的潜在多肽的鉴定。.于2020年3月22日通过。链接

2019年的发现列表显示了人类目前已知的所有生命王国中所观察到的化学复杂性和多样性。通过了解细胞中发生的过程,我们可能会更接近于治疗以前几乎无法治疗的疾病。

此外,答案可能会在意想不到的地方找到,比如蝎子的毒液和蛔虫的细胞。在2019年,即使是基础研究也有可能在未来实现一些生物技术和药理学突破。

进一步的研究可能会帮助我们更好地改善我们的福祉和我们的星球的福祉。

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APA7 MLA8 芝加哥
BioExplorer.net。(2022年6月16日)。2019年生物化学15大发现。生物的探险家。//www.stxchamber.com/biochemistry-discoveries-2019.html/
BioExplorer.net。“2019年生物化学15大发现”生物探索者,2022年6月16日,//www.stxchamber.com/biochemistry-discoveries-2019.html/
BioExplorer.net。“2019年生物化学15大发现”生物探索者,2022年6月16日。//www.stxchamber.com/biochemistry-discoveries-2019.html/


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