无膜颗粒与生物大分子液-液相分离:形成机制、生物功能及数据资源

为了保证细胞内各种生化反应和调控过程的有序进行,细胞内存在一系列隔室将不同的生物分子分隔开来.这其中除了有膜细胞器,还存在一类无膜细胞器或无膜颗粒,使得具有特定功能的蛋白质和核酸在不同无膜颗粒中聚集,保证相应生化过程在特定时空条件下高效进行.大量的研究证据表明,液-液相分离(liquid-liquid phase se...     

生物大分子“液–液相分离”调控染色质三维空间结构和功能

生物大分子的相分离聚集(简称相分离)是驱动细胞内无膜细胞器形成的主要机制,参与众多生物学过程并和多种人类疾病密切相关,如神经退行性疾病等。近年来,研究人员围绕相分离现象的分子机制和生物学功能,发现了相分离与信号传导、染色质结构、基因表达、转录调控等一系列生物学过程存在紧密关联,为理解细胞命运决定和疾病发生提供了新的视角,为疾病治疗和新药研发开辟了新的可能途径。本文在回顾了相分离研究的发展过程、相分离现象在生物学中的应用,以及相分离与疾病的关系的基础上,重点分析了近年来相分离与染色质结构关联方面的研究突破,包括相分离如何感知并重塑染色质结构、超级增强子如何通过相分离调节基因表达、共转录激活因子如何通过相分离参与基因表达调控等,以期为进一步理解相分离与染色质空间结构的关系提供参考。     

细胞内生物大分子的相分离研究进展

细胞内生物大分子的相分离(Phaseseparation)现象是近几年受到极大关注的新兴研究领域。作为一种细胞生化反应的聚集分割机制,其在自然界中广泛存在,参与基因转录调控,影响生物体对外界刺激的应答等重要生理过程。相分离失调可能导致一些重大疾病的发生,诸多交叉领域的研究者正试图通过相分离这个全新角度来审视老年痴呆等相关疾病,探索其发生的分子机制以及通过相分离进行干预和治疗的潜在可能性。文中拟介绍该领域最新研究进展,从生物相分离现象的发现、生化基础及其与疾病发生的联系等方面,综述目前的主要研究方向,并对该领域拟解决的关键问题进行展望。     

生物大分子相分离在疾病中的作用

细胞为了维持正常的生理活动进化出膜系统,使各种各样的活动能在特定的空间、时间上高效有序的发生。膜系统参与物质运输、信号传递、能量代谢等过程已被广泛了解,但与无膜区室组装和功能相关的分子细节尚未研究透彻。生物大分子通过相分离在细胞内形成多种无膜区室,如核仁、中心体、应激颗粒等,这些无膜区室被统称为生物分子凝聚体。作为一种细胞生化反应的聚集分离机制,相分离在自然界中普遍存在,并广泛参与信号转导、基因转录调控等多种重要的生理过程。而异常的相分离与许多人类疾病密切相关,如神经退行性疾病、癌症及传染性疾病等。通过介绍相分离形成的细胞结构及功能、相分离发生的机制,进一步阐述相分离在疾病发生发展中的作用。     

生物大分子相分离在植物中的研究进展

细胞中存在种类繁多的无膜细胞器,在感知环境信号,基因表达调控,RNA加工等过程中发挥了重要的作用,而生物大分子相分离被证明是无膜细胞器形成的主要方式。文章介绍了生物大分子相分离的概念与特征,总结了有关相分离在植物对环境信号响应中的研究进展,并对相分离在植物中的生物学功能进行了分类,以期解析相分离在植物生长发育和逆境适应中的作用机理,揭示植物无膜细胞器的本质与功能。     

生物大分子核酸药物制剂的研究现状与展望

目前生物大分子核酸药物研发亟待突破的瓶颈是,如何使核酸药物能克服生物学屏障,实现体内有效输送。无生物安全隐患并具低免疫原性、高基因包封能力和易于制备的非病毒载体仍存在输送效率低和化学毒性大等缺陷,其临床应用受到限制。介绍核酸药物的研发现状,主要对非病毒核酸载体的研究现状及发展动态进行总结性回顾分析,并指出,虽然非病毒载体尚存在不足之处,但其自身优势仍使其具有成为未来核酸药物输送体系主体的广阔应用前景。     

液-液相分离与神经系统退行性疾病

细胞区室化(compartmentation)有助于分隔不同的生化反应,使其相互不产生干扰。有膜细胞器是通过生物膜把细胞内不同的空间分隔,进而实现细胞区室化。研究发现,细胞区室化也会通过细胞中无膜细胞器实现,但核仁等无膜区室的形成机制一直未得到明确。“液-液相分离”(liquid-liquid phase separation, LLPS)机制的发现,为解开无膜区室的谜题提供了全新的思路。现在认为,多种蛋白质和RNA也是通过LLPS机制形成局部的高浓度冷凝物,发挥更强或独特的基因表达调控、细胞信号转导等功能。LLPS的形成主要依赖于蛋白质和/或核酸之间的多价态非共价键相互作用,主要包括由低复杂序列区域介导的相分离及由多个重复结构域间特异性作用介导的相分离。组分浓度、pH和翻译后修饰等条件均能改变分子多价相互作用的强度,从而调节相分离和相变过程。蛋白质相分离的失调与肌萎缩性侧索硬化症、阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈症和帕金森病等多种神经退行性疾病的发生有关。在这些退行性疾病中,已发现TDP-43、FUS、Ataxin-2、Tau蛋白等致病基因的突变,以及修饰会导致LLPS异常而形成病理特征性的...     

液-液相分离在病毒感染中的研究进展

液-液相分离（Liquid-liquid phase separation,LLPS）是真核细胞中无膜细胞器形成的基础,这一过程促进了生物组分与化学反应在时间与空间上的精细分隔,是真核细胞生物学的一项核心特征。这些由LLPS驱动的无膜细胞器,在调控基因表达、应对环境压力、修复染色质损伤以及介导免疫反应等生物学途径中扮演着不可或缺的角色。值得注意的是,LLPS相关蛋白的功能异常与病毒感染之间存在深刻的联系,多种病毒复制的不同环节均有相分离结构的参与,且宿主在应激状态下会形成相分离结构抵抗病毒感染。本文从LLPS参与病毒感染的机制及宿主基于LLPS衍生的抗病毒策略两方面阐述相分离在病毒感染中的调控作用,深入了解相分离在病毒感染过程中发挥的作用。     

液-液相分离:细胞内的调控机制和疾病发展

液-液相分离(LLPS)作为细胞内的生物-物理现象,在细胞调控、信号传导和生物过程中发挥着重要作用,近年来引起了广泛的关注.本文从LLPS的基本概念、形成机制、生理功能以及与疾病的关联等方面进行探讨,同时展望未来研究的方向和潜在应用.LLPS的研究为我们深入理解细胞内的调控机制和疾病发展提供了新的视角,同时也为药物开发和生物技术的创新带来了新的可能性.     

液-液相分离调控酶活性的机制与应用进展

生命体系常依赖可动态组装的多酶复合体以实现对代谢反应的精细调控。近年来,液-液相分离(liquid-liquid phase separation, LLPS)被认为是自然界组织与调整酶促反应的重要机制之一,并逐渐成为构建人工催化体系的有力工具。得益于其可逆、自组织与可编程的特性,LLPS驱动的生物大分子凝聚体能够调节酶的局部浓度、空间排列与微环境性质,从而影响催化效率与底物选择性。目前,从细胞内的多酶通路到体外的人工反应器,多个酶促体系已在凝聚体中实现重建与增强。本文简述了LLPS的生理背景,结合作者团队对LLPS酶催化体系的研究,重点总结了其调控酶活性的主要机制,以及在代谢通路工程与体外生物催化中的应用进展,并讨论了可编程凝聚体用于动态调控催化过程的潜在前景。本文为理解LLPS调控酶催化的机制提供了系统参考,并为构建高效可控的多酶催化体系提供了理论依据。     

液-液相分离在植物miRNA与siRNA生物合成和基因沉默中的调控作用

液-液相分离(liquid-liquid phase separation, LLPS)是真核细胞中调控生物分子凝聚体形成的重要机制。近年来发现LLPS在植物小RNA [small RNA, sRNA;包括微RNA (microRNA, miRNA)与小干扰RNA (small interfering RNA, siRNA)]的生物合成和RNA沉默途径中具有核心作用。本文系统总结了LLPS在植物miRNA和siRNA生成中的调控功能及其分子机制。在细胞核内,SE (SERRATE)蛋白通过其固有无序区(intrinsic disordered region, IDR)介导液-液相分离,形成切割小体(dicing bodies, D-bodies),招募DCL1 (DICER-LIKE 1)、HYL1 (HYPONASTIC LEAVES)、pri-miRNA (primary microRNA)以及其他蛋白,显著提高miRNA加工效率;此外,还总结了pri-miRNA的N6-甲基酰苷(N6-methyadenosine, m⁶A)修饰在相分离与miRNA生成中的作用;在细胞质中,基因沉默抑制子3 (SUPPRESSOR OF GENE SILENCING 3, SGS3)蛋白通过相分离形成siRNA小体(siRNA-bodies),富集依赖于RNA的RNA聚合酶(RNA-DEPEDENT RNA POLYMERASE, RDR6)、DCL2/4等因子,促进siRNA生成并参与抗病毒防御和发育调控,且SGS3的相分离能力受磷酸化调控。本文为理解植物RNA沉默的精密调控提供了新视角,并为开发新型抗病毒策略奠定了理论基础。     

生物大分子分离技术:过去、现状和未来

生物大分子包括多肽、酶、蛋白质、核酸(DNA和RNA)以及多糖等。生物大分子分离技术是生命科学研究中的关键技术之一。当前,各学科之间的交叉渗透为生物大分子分离技术的发展提供了更多的契机。对以沉淀、透析、超滤和溶剂萃取为代表的传统分离技术,以及色谱,电泳等现代分离技术的发展概况、原理、特点及应用进行了综述。并结合生命科学的发展现状,展望了生物大分子分离技术的发展前景。     

生物大分子与生命功能

生物大分子是生物体的重要组成成份,不但有生物功能,而且分子量较大,其结构也比较复杂。在生物大分子中除主要的蛋白质与核酸外,另外还有糖、脂类和它们相互结合的产物。如糖蛋白、脂蛋白、核蛋白等。它们的分子量往往比一般的无机盐类大百倍或千倍以上。蛋白质的分子量在一万至数万左右,核酸的分子量有的竟达上百万。这些生物大分子的复杂结构决定了它们的特殊性质,它们在体内的运动和变化体现着重要的生命功能。如进行新陈代谢供给维持生命需要的能量与物质、传递遗传信息、控制胚胎分化、促进生长发育、产生免疫功能等等。     

液-液相分离在细胞信号调控过程中的作用机制

近年来,液-液相分离(简称相分离)因其独特的功能与组织性,在细胞生物学研究中发展迅速.细胞内部分蛋白质及核酸(多为RNA)等生物大分子通过由多种弱多价相互作用及构象熵共同介导的相变(phase transition)形成无膜细胞器(membraneless organelles,MLOs).这些无膜结构具有明显的流体性...     

生物数据库的现状与展望

生物领域中的数据库随着生物领域的扩大而多种多样。其中最基本的有两个:与核酸和蛋白质序列的结构及其功能有关的分子数据库和与有用的生物资源有关的数据库。 本文概要介绍上述两种数据库。 1.前言 所谓生物领域是无限宽广的,它与生物学、医学、农学、化学等几乎目前所有的学科领域都有关。因此,生物的信息分散记录于以汇集文献信息、专利信息。     

藻类生物柴油研究现状与展望

随着世界能源危机和环境恶化的加剧,新型绿色燃料--生物柴油备受关注.目前,世界范围内主要以油料作物和动物脂肪为原料生产生物柴油,但存在很多局限性.藻类本身具有很多优点,以藻类为原料生产的生物柴油是真正的环保可再生能源,但是藻类生物柴油的生产工艺费用较高,生产技术还不成熟,仍需要进一步的研究.该文主要介绍藻类生物柴油的优越性、生产工艺以及研究现状,分析了生产过程中存在的问题,展望了未来藻类生物柴油生产工艺研究的重点和发展趋势.