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[转载]代谢组学:未来新方向
freeedu 2015-3-10 09:28
代谢组学:未来新方向 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2015/3/314633.shtm 加拿大阿伯特大学生命科学与计算科学教授David Wishart说,我们自身其实就是一大组生化反应,“因此,基因组和蛋白质组不断进化来支持代谢组,而不是相反的路径。” Wishart说,有别于其他组学方法,代谢组学提供了一种更加直接的生理状态检测方式。代谢组反应营养、胁迫或者疾病状态的速度比转录组或者蛋白质组要快得多。这使得代谢组在许多领域都非常吃香,如环境毒理学、进化和发育、疾病诊断与治疗反馈、以及药物、杀虫剂和除草剂的研发等。代谢组流动检测帮助合成生物学家揭示遗传改变如何影响通路和产物。 作为组学家族最年轻的成员,代谢组学发展势头正劲。2014年,国际代谢组学学会主办了他们的第10次年会,与首次会议是同一座城市:日本鹤岗市。“第一年,我们有大约150人参会。”墨尔本大学助理教授、该校的澳大利亚代谢组分站负责人Ute Roessner说,“今年我们有超过500名注册参会人。而且代谢组学已经成为了每位研究者研究工具的一部分。现在,年轻的研究者定期开展代谢组学工作,作为他们博士工作的一部分。” 代谢组学最主要的挑战根植于它的优点。代谢组数据很强大,因为生物体具有许多的代谢物,包括相关的前体、衍生物和具有一定浓度的降解产物,它们都极具多样性且变化迅速。这种复杂性需要精妙的分离和检测方法。代谢组学包括了脂类分析,这是一个极具潜力的发展领域,赛默飞世尔科技公司策略市场部经理黄盈盈(音译)说:“脂质组学与心血管疾病、癌症、糖尿病和肥胖症直接相关。然而脂质在体内的结构和浓度极具多样性,能达到10倍的变异。”许多生理脂类和其他代谢物共享一种化学组成,仅仅在排列上具有差别。因此,加州大学戴维斯分校教授、西海岸代谢组学中心主任Oliver Fiehn将代谢组学称为“异构体科学”。 仪器的决策树 人们对代谢组学的兴趣不断增长,促使分子分离和检测仪器的制造商研发出各种针对代谢组学的硬件、软件和技术支撑。当研究人员需要将这些技术带进实验室时,他们面临着复杂的决策树。第一个分支就是非靶向还是靶向的分析。非靶向方法在所有可能的组分上聚集数据。靶向分析则聚焦于已知的组分,经常是数量上的变化,例如在胁迫和疾病的反应过程中。 核磁共振光谱学(NMR)对于靶向分析来说尤为强大,因为它可定量、可重复,适合于检测复杂样品如血液、尿液或仅需少量或不经过处理的少量组织提取物。芬兰奥卢大学分子流行病学负责人Peter Würtz最近作为共同作者发表了一篇文章,该项工作利用布鲁克公司的仪器,将NMR代谢组学应用于数千个爱沙尼亚和芬兰的生物银行样品中。研究团队找到了四种生物标记,当组合在一起时,与各种情况的猝死风险的提高显著相关。Würtz指出,这一研究是观测性的,并没有探究其机制,但却展示了NMR在生物标记分析中的能力。然而,使用NMR的代谢组学分析也存在局限,因为它的灵敏性比更加流行的代谢组学方法“质谱分析法(MS)”要低好几个数量级。 质谱需要样品处理。组分通常需要离子化并经过分离,最常用的方法是气相色谱(GC)和液相色谱(LC)法。毛细管电泳(CE)能很好地分离极性代谢物,能够用到与单细胞一般大小的样品中。毛细管电泳—质谱联用是人类代谢组技术公司(HMT)的特色产品,而像安捷伦和爱博才思等企业也提供该产品。但是,毛细管电泳技术需要专业的操作者和强大的软件来分析迁移时间中的漂动,安捷伦代谢组项目经理Theodore Sana说。 毛细管电泳—质谱联用技术的强大之处在于解析那些易于挥发或者能够通过衍生物挥发出来的物质,例如原初中心代谢的小分子。而液质联用技术则特别适用于大的、热不稳定的有机分子,包括许多次生代谢产物、较大的碳水化合物和脂类。一些诸如超高效液相色谱(UPLC,最初由Waters公司研发)、超临界流体色谱和离子迁移分离法的新进展,提高了速度和分离能力,囊括了非极性分子和具有多种异构体或异位体的组分(例如脂类)。分离方法与质谱分析器偶联起来,例如飞行时间(TOF)质量分析器,能够快速、高分辨率地解析大质量范围的分子。加入四级或线性离子捕获器可以选择在离子化过程中产生的特定成分或组分片段。一旦研究者完成了代谢组特性的分类,他们就可以决定是购买仪器还是将样品送往服务机构。 供应和服务商的选择 安捷伦提供有气质联用、液质联用、毛细管质谱联用和NMR等仪器。Sana 说:“作为单个供应商能提供所有这些技术,包括了硬件、软件和技术支持,我们具有不可替代的位置。”(岛津公司也提供被研究人员推荐为廉价的原初装置的多种系统。)用户对安捷伦提供的直观软件给予了好评,Sana证实这确实是公司优先考虑的事情。举例来说,安捷伦的GeneSpring —质模专业版软件用于多重组学数据的整合分析。Sana 说,“GeneSpring可以使你采用来源于RNA、蛋白质和代谢物完全不同的数据,并将它们动态地映射在生物通路上,就像KEGG(一种代谢通路工具)那样。” GeneSpring也支持预处理来自其他厂商平台的数据,例如作为一个电子表格。使用一个通路工具对来源于大量实验的结果进行可视化,这对于搜集生物学洞察力、计划接下来的实验来说十分有用,Sana说。 爱博才思专注于液质联用质谱仪,研究人员高度评价了该仪器快速的数据获取,卓越的动态范围,以及定量化和准确的质量能力(通常定义为百万分之五或更低的精度)。该公司也提供毛细管电泳和离子迁移的选择。对于代谢组学来说,爱博才思推荐三联TOF和QTrap系统。公司高级市场经理Fadi Abdi说,“我们的三联TOF是进行定性定量分析的高分辨率、精确质谱仪,适合于代谢组学的发展。Qtrap是为要求灵敏性、靶向性和定量性的工作流程所设计的。”Abdi这样解释,为了鉴定、确认和定量产物,三联TOF系列的高获取速度可以在一个液相时间段的单次进样中同时完成质谱和串联质谱分析。Qtrap的多重反应检测器提供父本化合物的数据和由质谱随后产生的片段,简化数据处理流程并使研究者对他们的数据具有信心,爱博才思代谢组和脂质组学应用部门研究员Baljit Ubhi说。 那些寻找广泛代谢物覆盖的研究者可以考虑爱博才思的组合包,融入了爱博才思的高分辨率液质联用系统和力可公司的高分辨率气质联用系统。这一合作为客户提供了“两种技术的精华”,力可市场技术部主任 Jeff Patrick说。组合包中包括了来源于Genedata公司的软件,能够将来源于两个平台的数据整合以提供可靠的代谢组学分析。 另一种流行的多功能液质联用质谱选择是赛默飞世尔科技公司基于轨道阱(Orbitrap)技术的仪器。轨道阱质谱分析仪通常用于蛋白质组,但是在整合了一个高级分离系统(如UPLC)时,它的高分辨率能力尤其适用于代谢组学的分析,黄盈盈说。平行检测消除了为了加速样品分析所需的多重运行。赛默飞世尔科技公司产品线上的最新系统是具有三个质谱分析仪的轨道阱融合三杂交系统。液相分离以后,通过四极孔样品过滤,并在随后的轨道阱和线性离子捕获中进行可能的平行分析。黄盈盈说,三杂交系统的设计初衷是为研究人员提供灵活性与精确的质谱性能。 赛默飞世尔科技、爱博才思和布鲁克也提供质谱成像的仪器,这也被称为MALDI成像法。Roessner解释,这种方法克服了代谢组学的一个局限:代谢物分析通常只能在均一化的样品或提取物中进行,但是那些特定的细胞和组织却具有不同的代谢物特征。质谱成像技术为一个纤薄的组织切片(例如,来源于一个器官或植物组织中)提供了代谢物空间分布的图像。这一过程是使用激光解吸将矩阵处理的样品进行组分离子化,然后再使用质谱进行分析。对组分进行二维图像的重建提供了组织间代谢物的定位。 Roessner在该项技术中使用了布鲁克系统,他说:“尽管仍在初级阶段,但这是一种令人兴奋的方法。它可以用于观察肺部样品中药物相关代谢物的分布,或者去追踪环境刺激后,组织中代谢物分布的改变。”赛默飞世尔科技的轨道阱系统在此方法上具有优势,黄盈盈说:“因为离子是来源于组织的,没有经过液相分离,你需要一种超高分辨率的仪器,就像轨道阱。” 对于不打算购买系统或者倾向于服务所带来的便捷性的研究者来说,他们也有很多选择。Biocrates公司和Metabolon公司都面向全球提供质谱代谢组学分析服务。Metabolon公司也涉猎大型、长期的合作,例如Craig Venter的人类寿命项目,Metabolon 公司销售市场高级副总裁Chris Bernard说,在代谢组学如何付诸实践、如何用于一系列项目中的问题上,合作对于Metabolon公司而言很重要。 NMR代谢组学所具备的优势在于不通过标准曲线的真正定量,样品可保留,可实现最少样品的操作,单次反应就能检测到所有带有结构信息的代谢物。但是科学家对于它的兴趣可能会受到装机成本的阻碍。研究人员可以通过服务商来获取这种方法,例如Chenomx公司。Würtz和他的同事也通过Brainshake公司提供NMR代谢组学的服务与合作。这是建立在他们使用NMR进行生物标记研究的经验,并将代谢组学数据与全基因组关联研究联系起来,该研究将遗传变异和疾病风险联系在一起。 代谢组学服务机构正在通过国家和学术中心设施快速增长。在澳大利亚,Roessner属于第一批建立政府资助的国家代谢组服务平台。加拿大也资助国家代谢组的项目,其他国家也在这个领域跟进。在美国,国立卫生研究院(NIH)共同基金早在2012年就开始建立代谢组学的区域中心。负责西海岸项目的Fiehn说:“这些中心提高了代谢组学的能力,能够为学术界和产业界服务,而且他们有不同的特色,例如肯塔基中心的代谢流平台和北卡罗来纳的核磁共振平台。”国立卫生研究院的中心平台也为初次接触代谢组学的科学家提供短期课程。 下一步挑战 当被问到代谢组学面临的重大挑战时,研究人员和供应商一致认为有三点:对未知物的鉴定;研发出可供查询的标准数据集,就像GenBank的基因组资源;代谢组学与其他全系统数据的整合。 “质谱太过于敏感,因此我们得到了大量物质,却不知道它们是什么。”Wishart说。为了帮助研究者进行代谢物鉴定,安捷伦研发了气质和液质联用质谱的数据库,专供基于质谱技术的代谢物鉴定。力可公司提供了一个GC-TOF的数据库,据Patrick表示可用于任何气相色谱的数据,尽管该数据库是为力可公司的仪器而进行的优化。力可公司目前正在探索与高分辨率精确质谱库进行合作的机会。 Wishart意识到,最未知的是代谢物中的代谢物:“分解产物和由酶转换而来的或者具有微生物活性的分子。”这种分子的相似性是鉴定它们的关键因素。Fiehn团队研发了一些商业化的质谱文库,也在开发虚拟文库。研究人员可以从物质已知的谱图数据出发,来预测相似的或修饰变异物的谱图。LipidBlast是Fiehn团队开发的串联质谱虚拟谱库,超过20万种脂类可供免费下载。 为了面对数据整合和可搜索性所带来的挑战,代谢组界采取了一些举措,推动数据存储库的建立。例如位于英国的Metabolights是由欧洲代谢组学标准协调委员会(COSMOS)联盟所支持的,该联盟制定了代谢组学的数据标准。还有代谢组学工作平台(Metabolomics Workbench),该平台旨在建立国立卫生研究院资助下的代谢组项目的数据库。赛默飞世尔科技与Fiehn合作推出了mzcloud.org网站提供免费的社区数据库,数据库包括在鉴定时有待注释的未知组分的真实和虚拟谱图。 即便是在代谢组学界有了存储数据的数据库之后,Patrick仍意识到,鉴于大量数据的背景和意义,“系统生物学的首要挑战是生物学干扰”。他认为解决的方案是软件,这“驱动着代谢组学的发展方向。” Bernard也有同感,他表示Metabolon公司客户首要的需求是帮助他们理解结果的生物学意义,“质谱对于产生数据来说很不错,挑战在于从噪音中分离出信号:85%的质谱数据点都是噪音”。Metabolon公司的客户可以使用MetaboLync的门户网站,其中包含了他们样品中的一系列代谢物,对比拥有超过1.4万种组分的本地文库,用于自动认证代谢物的鉴定,Bernard补充道,另外该门户最强大的特性在于,它具有在通路水平可视化并探索数据的能力。 随着该领域的不断发展,仪器供应商和服务提供商都迫切地期待与用户在他们的代谢组学研究上展开合作和讨论,不仅是买卖关系,而且可以掌握当前动态。“我们正与一些科研人员开展密切合作。”Sana 说,“在推进代谢组学领域的发展中,研究人员往往是新点子的来源。”■ (译者之一高大海系中国科学院海洋研究所助理研究员) Chris Tachibana 是美国西雅图和丹麦哥本哈根的科学作家。 鸣谢:“原文由美国科学促进会( www.aaas.org )发布在2014 年9 月19 日《科学》杂志”。官方英文版请见 www.sciencemag.org/site/products/lst_20140919 .xhtml。 《科学新闻》 (科学新闻2015年2月刊 科学·生命)
个人分类: 组学|0 个评论
ABBS: Metabolic changes in cancer: beyond the Warburg effect
chshou 2014-12-29 08:25
Metabolic changes in cancer: beyond the Warburg effect Weihua Wu and Shimin Zhao Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai) . 2013 Jan;45(1):18-26. doi: 10.1093/abbs/gms104 School of Life Sciences, Fudan University, Shanghai 200032, China Altered metabolism is one of the hallmarks of cancer cells. The best-known metabolic abnormality in cancer cells is the Warburg effect, which demonstrates an increased glycolysis even in the presence of oxygen. However, tumor-related metabolic abnormalities are not limited to altered balance between glucose fermentation and oxidative phosphorylation. Key tumor genes such as p53 and c-myc are found to be master regulators of metabolism. Metabolic enzymes such as succinate dehydrogenase, fumarate hydratase, pyruvate kinase, and isocitrate dehydrogenase mutations or expressing level alterations are all linked to tumorigenesis. In this review, we introduce some of the cancer-associated metabolic disorders and current understanding of their molecular tumorigenic mechanisms. 图例: PKM2和信号通路间的相互作用 全文: http://abbs.oxfordjournals.org/content/45/1/18.full
个人分类: 期刊新闻|3832 次阅读|0 个评论
ABBS: Dual roles of PKM2 in cancer metabolism
chshou 2014-12-4 08:22
Dual roles of PKM2 in cancer metabolism Songfang Wu and Huangying Le Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai). 2013 Jan;45(1):27-35. doi: 10.1093/abbs/gms106 Key Laboratory of Systems Biomedicine (Ministry of Education), Shanghai Center for Systems Biomedicine, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China Cancer cells have distinct metabolism that highly depends on glycolysis instead of mitochondrial oxidative phosphorylation alone, known as aerobic glycolysis. Pyruvate kinase (PK), which catalyzes the final step of glycolysis, has emerged as a potential regulator of this metabolic phenotype. Expression of PK type M2 ( PKM2 ) is increased and facilitates lactate production in cancer cells, which determines whether the glucose carbons are degraded to pyruvate and lactate or are channeled into synthetic processes. Modulation of PKM2 catalytic activity also regulates the synthesis of DNA and lipids that are required for cell proliferation. However, the mechanisms by which PKM2 coordinates high-energy requirements with high anabolic activities to support cancer cell proliferation are still not completely understood. This review summarizes the biological characteristics of PKM2 and discusses the dual role in cancer metabolism as well as the potential therapeutic applications. Given its pleiotropic effects on cancer biology, PKM2 represents an attractive target for cancer therapy. 图例: 细胞代谢通路 全文: http://abbs.oxfordjournals.org/content/45/1/27.full 引用本文的文献: 1 Overexpression of MicroRNA-122 Re-sensitizes 5-FU-Resistant Colon Cancer Cells to 5-FU Through the Inhibition of PKM2 In Vitro and In Vivo 2 Estradiol-17 beta Upregulates Pyruvate Kinase M2 Expression to Coactivate Estrogen Receptor-alpha and to Integrate Metabolic Reprogramming With the Mitogenic Response in Endometrial Cells 3 HSP40 Interacts with Pyruvate Kinase M2 and Regulates Glycolysis and Cell Proliferation in Tumor Cells 4 Reciprocal Regulation of MicroRNA-122 and c-Myc in Hepatocellular Cancer: Role of E2F1 and Transcription Factor Dimerization Partner 2 5 Tumor glycolysis as a target for cancer therapy: progress and prospects 6 Nuclear PKM2 expression predicts poor prognosis in patients with esophageal squamous cell carcinoma
个人分类: 期刊新闻|3747 次阅读|0 个评论
ABBS: SIRT1 and energy metabolism
chshou 2014-11-28 08:57
SIRT1 and energy metabolism Xiaoling Li Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai). 2013 Jan;45(1):51-60. doi: 10.1093/abbs/gms108 Laboratory of Signal Transduction, National Institute of Environmental Health Sciences, National Institutes of Health, Research Triangle Park, NC 27709, USA Sirtuin 1 (SIRT1) is the most conserved mammalian NAD+-dependent protein deacetylase that has emerged as a key metabolic sensor in various metabolic tissues. In response to different environmental stimuli, SIRT1 directly links the cellular metabolic status to the chromatin structure and the regulation of gene expression, thereby modulating a variety of cellular processes such as energy metabolism and stress response. Recent studies have shown that SIRT1 controls both glucose and lipid metabolism in the liver, promotes fat mobilization and stimulates brown remodeling of the white fat in white adipose tissue, controls insulin secretion in the pancreas, senses nutrient availability in the hypothalamus, influences obesity-induced inflammation in macrophages, and modulates the activity of circadian clock in metabolic tissues. This review focuses on the role of SIRT1 in regulating energy metabolism at different metabolic tissues. 图例: SIRT1是多种组织的重要的代谢调节因子 引用此文的文献: 1 GABA protects pancreatic beta cells against apoptosis by increasing SIRT1 expression and activity 2 SIRT1-Mediated Deacetylation of CRABPII Regulates Cellular Retinoic Acid Signaling and Modulates Embryonic Stem Cell Differentiation 3 Melatonin reduces endoplasmic reticulum stress and preserves sirtuin 1 expression in neuronal cells of newborn rats after hypoxia-ischemia 4 Defective metabolism in polycystic kidney disease: potential for therapy and open questions 5 Sirtuins: guardians of mammalian healthspan 6 Tissue-specific deregulation of selected HDACs characterizes ALS progression in mouse models: pharmacological characterization of SIRT1 and SIRT2 pathways 7 Intestine-Specific Deletion of SIRT1 in Mice Impairs DCoH2-HNF-1 alpha-FXR Signaling and Alters Systemic Bile Acid Homeostasis 8 Small-Molecule Allosteric Activators of Sirtuins 9 Functional Complementation of sir2 Delta Yeast Mutation by the Human Orthologous Gene SIRT1 10 Histone deacetylases and their role in motor neuron degeneration 11 Breed difference of porcine Sirtuin 1, adipose triglyceride lipase (ATGL) and hormone sensitive lipase (HSL) 12 SIRT1 Expression Is Associated with the Chemotherapy Response and Prognosis of Patients with Advanced NSCLC 13 Scientific evidence for traditional claim of anti-obesity activity of Tecomella undulata bark 全文: http://abbs.oxfordjournals.org/content/45/1/51.full
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资源分享:每周精彩论文汇总 - 肥胖、代谢、营养等领域
maxguang 2014-7-25 22:40
http://www.obesityandenergetics.org/ 可以点击邮件订阅,每周五更新! 创办者是美国UAB大学肥胖领域知名专家David Allison。 汇集每周最新优秀论文!
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讲课与科研(四)-- 吃饭与喝酒
热度 33 nyouyou 2013-9-21 21:40
在清华大学读书的时候,我们讲究“双肩挑”,不过我更喜欢的是“换肩挑”这个升级版。“换肩挑”的思路也影响到现在应对讲课与科研的时间冲突。所以我把所有的课都调到了春季学期,有那么几周每星期讲7小时的课,而这几周之外,我又获得了全部的自由,过我“每天自然醒”的幸福生活。 这学期不用讲课,却意外发现讲课中的许多知识运用到平时,竟然让我收获颇深。 今天随口问了大家一个问题,竟然考倒一批人 -- 摄入 同样质量 的葡萄糖(吃饭)和乙醇(喝酒),假设二者都是进行完全的有氧代谢(最终产物二氧化碳),那么哪一种物质能够提供更多的能量? 本来要接着往下写,可是科学网没有部分隐藏功能,那么我就暂停在这儿,下周六续写答案。有兴趣的童鞋们不妨留个言,但一定要说出理由。我来考考大家的生化知识怎么样 看到大家的回复,我无比失落--网友水平明显高于清华博士生的水平啊!我那几个学生啊,愣没一个人能解释明白,郁闷啊郁闷。 这里抄几条回复: 杨宇 2013-9-22 10:37 直接估计看化学式,葡萄糖(C6H12O6), 乙醇 (C2H6O=C6H18O3); 乙醇不饱和氢多,所以乙醇完全氧化能量高。对于学环境专业的,可以转换成化学需氧量系数的问题(COD/mass of molecule)。 简单算一下,葡萄糖的COD转换系数是1.067 g O2/g mass,乙醇是2.087 g O2/g mass, 也是乙醇能量高.... stroller2012 2013-9-22 12:56 乙醇多,首先从分子式来看,乙醇是醇,葡萄糖是多羟基醛,生物氧化靠脱氢和电子经过呼吸链产能,乙醇含有更多的氧原子,不能充分利用它的质量不够经济。第二,乙醇还原性强一点,能量更高如果是体外氧化肯定释放能量高。第三从专业角度说,乙醇脱氢生成乙醛伴随产生一份子NADH(通过电子传递链产生2.5个ATP),乙醛再羧化成丙酮酸,丙酮酸进入柠檬酸循环生成12.5个ATP,也就是说一份子乙醇彻底氧化产生15个ATP,一分子葡萄糖通过糖酵解再通过柠檬酸循环产生32个ATP,换算一下1g乙醇彻底氧化生成 1.96*10^23个ATP,葡萄糖是1.07*10^23个ATP。 skyjusttan 2013-9-22 13:34 因为亚洲人体内乙醛脱氢酶的短缺,乙醇氧化成乙醛后很难快速再氧化为乙酸,导致乙醛堆积中毒,上脸。所以不考虑动力学的完全有氧代谢没有意义。即使同等质量的乙醇在热力学上放热更多,也没用。 徐文 2013-9-23 09:22 颜老师明显已经说了是生化问题,这么多人来凑热闹,好多人完全不考虑生化,只考虑化学,说明生化教学贯彻的不到位啊,目前看来只有14楼的结果是对的。15楼的分析和我开始的想法一样,但是看看题干,完全氧化成水和CO2,那么就不用考虑别的了,就按各自的代谢途径往下走算ATP就行了。 郑文江 2013-9-23 11:38 生化和化学反应结果一样,区别在催化剂,25楼为嘛分那么开,而且说放的能量,又没说生物可利用能量,明显高中时的化学方法好用(仅对取得结果)~~~ 大家已经讨论的很充分了,我就不写答案了 :)
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与癌细胞代谢相关的pyruvate kinase基因
热度 2 tianyizhang6 2013-1-2 22:16
大部分的癌基因都与动物的发育有关系,例如信号途径基因( wnt,EGFR, TGF-beta, Jak-Stat, hedgehog, Notch, hippo ),细胞周期基因( cyclins, CDKs,E2f1/Rb, Myc ),或者细胞凋亡基因( caspases,hid/Bim, IAP1, P53 )。 动物的器官发育过程是分裂 - 分化 - 死亡的动态平衡,肿瘤也可以被视为一个特殊的器官,它同样有一定的形态结构,有干细胞,有血管。所以大部分癌基因与动物发育相关是合理的。而这些癌基因(例如上面列举的这些)的发育功能几乎在所有动物中都是保守的。例如, hedgehog,notch, hiippo 是最先在果蝇里发现的, wnt,TGF-beta 几乎同时在果蝇与肿瘤细胞里发现。 最近非常热门的一个癌症研究分支是“癌症代谢”领域。我在以前的博文里也提到这方面的东西。“癌症代谢”的指导思想是:癌细胞的代谢途径与正常细胞有所不同,特异地抑制某些与癌细胞代谢相关的基因可以抑制或者杀死癌细胞。 代谢是一个很动态的过程,也就是条条大道通罗马,所以某个与代谢有关的基因突变了以后,对动物的发育可能没有明显的影响。例如一个在癌细胞代谢领域被研究得发紫的基因是 pyruvatekinase ,它的 M2 剪切形式的 mRNA 在癌细胞里常常高表达,被认为与癌细胞的代谢和存活有密切关系。果蝇也有 pyruvatekinase 基因,但它的突变体没有明显的表型,目前还没什么研究 如果在 pubmed 里搜索 pyruvatekinase AND cancer ,会得到 242 篇文章。大部分文章是认为 pyruvatekinase M2 对癌细胞很重要,但也有例外的,例如第一篇是这么写的: M2 isoformof pyruvate kinase is dispensable for tumor maintenance and growth. Cortés-Cros M, Hemmerlin C, Ferretti S, Zhang J, Gounarides JS, YinH, Muller A, Haberkorn A, Chene P, Sellers WR, Hofmann F. Proc Natl Acad Sci U S A . 2012 Dec 24. 看来这个领域还有很多东西要经受时间的考验。
个人分类: 分子遗传|4947 次阅读|3 个评论
[转载]人体肠道细菌状况的不同可导致人体对药物的反应不同
hongkuan15 2012-12-23 14:20
英国一项最新研究显示,人体肠道细菌状况的不同可导致人体对药物的反应不同,因此可以通过检测尿液等人体代谢物的成分预测人体对某些药物是否具有不良反应,从而降低服药风险。 英国帝国理工学院等机构研究人员日前报告说,他们以99名年龄在18岁到64岁之间的健康男性志愿者为研究对象,让他们服用常用止痛药“扑热息痛”,并在服药前检测了他们的尿液成分。结果发现,尿液中一种含硫化合物含量不同,志愿者服药后的反应也会不同。 分析显示,这是因为这种含硫化合物是由肠道细菌产生的,而人体同时也需要硫元素来处理“扑热息痛”一类的药物。某些人体内的相关肠道细菌如果功能太强,就会大量消耗硫元素,结果其尿液中含硫化合物含量会较高,而同时人体对药物反应不好。 研究人员说,由于人体使用硫元素来处理包括“扑热息痛”在内的许多药物,因此这一发现有较广泛的应用前景,在实际医疗中可用于降低服药风险。这一研究结果还表明,可以通过改变人体内的细菌状况来改善服药的效果。 相关研究报告发表在新一期美国《国家科学院学报》上。( 生物谷 Bioon.com) PNAS August 10, 2009, doi: 10.1073/pnas.0904489106 Pharmacometabonomic identification of a significant host-microbiome metabolic interaction affecting human drug metabolism T. Andrew Claytona, David Bakerb, John C. Lindona, Jeremy R. Everettc and Jeremy K. Nicholsona,1 aBiomolecular Medicine, SORA Division, Faculty of Medicine, Sir Alexander Fleming Building, Imperial College London, South Kensington, London SW7 2AZ, United Kingdom; bPfizer Inc., 50 Pequot Avenue, New London, CT 06320; and cPfizer Global Research and Development, Ramsgate Road, Sandwich, Kent CT13 9NJ, United Kingdom We provide a demonstration in humans of the principle of pharmacometabonomics by showing a clear connection between an individual's metabolic phenotype , in the form of a predose urinary metabolite profile, and the metabolic fate of a standard dose of the widely used analgesic acetaminophen. Predose and postdose urinary metabolite profiles were determined by 1H NMR spectroscopy. The predose spectra were statistically analyzed in relation to drug metabolite excretion to detect predose biomarkers of drug fate and a human-gut microbiome cometabolite predictor was identified. Thus, we found that individuals having high predose urinary levels of p-cresol sulfate had low postdose urinary ratios of acetaminophen sulfate to acetaminophen glucuronide. We conclude that, in individuals with high bacterially mediated p-cresol generation, competitive O-sulfonation of p-cresol reduces the effective systemic capacity to sulfonate acetaminophen. Given that acetaminophen is such a widely used and seemingly well-understood drug, this finding provides a clear demonstration of the immense potential and power of the pharmacometabonomic approach. However, we expect many other sulfonation reactions to be similarly affected by competition with p-cresol and our finding also has important implications for certain diseases as well as for the variable responses induced by many different drugs and xenobiotics. We propose that assessing the effects of microbiome activity should be an integral part of pharmaceutical development and of personalized health care. Furthermore, we envisage that gut bacterial populations might be deliberately manipulated to improve drug efficacy and to reduce adverse drug reactions.
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Craig Thompson的公司
热度 2 tianyizhang6 2012-6-9 11:21
前段时间听了一个关于癌症代谢( Cancer Metabolism )的报告,其中一位演讲者是 Craig Thompson 。如果用他的名字加上 Cancer 进行搜索,前几条信息中会告诉你两件事:第一、他是纽约的 Memorial Sloan-Kettering Cancer Center 的新科主席。这个癌症研究所的综合水平最近几年稳居 美国癌症研究所排名榜的第一位;第二、他被前任科研单位,附属于宾州大学的 Abramson Family Cancer Research Institute ,告上了法庭,说他把属于研究所的成果带到了他自己开的公司里。 德国科学家 Otto Heinrich Warburg 因为研究线粒体呼吸链而获得诺贝尔奖,他在 1924 年还提出了一个发现:癌症细胞与正常细胞的代谢途径不一样,癌细胞主要通过糖酵解( Glycolysis )来代谢葡萄糖,而正常细胞则主要用线粒体呼吸链( Oxidative Phosphorylation )代谢葡萄糖。这个发现被称为 Warburg effect 。但在很长的时间里,这个发现没有引起癌症领域的科研工作者的注意。 Craig Thompson 是最早重拾 Warburg effect 并进行深入研究的科学家之一。这个领域目前进展很快,也给大家带来很多希望和遐想。因为癌症治疗最困难的地方是如何把癌细胞与正常细胞区分出来,如果能通过代谢途径的不同,制备出特异杀死癌细胞的药物,那对癌症患者来说,肯定是莫大的福音。 现在 Craig Thompson 的公司还没有研发出可以进入临场的药物,已经得到了两亿六千万美元的资金。这样,他当然可以脱离学校,自己单干了。但学校说,你是从我们这儿起步的,现在快结果子了,你连果带树一起挪走,那也太不地道了。
个人分类: 分子遗传|5600 次阅读|4 个评论
科研随想几则
热度 30 weijia2009 2012-6-7 22:34
科研随想几则 贾伟 有次出差,跟我们大学音乐系的一个高材生 Antonio Truyols 坐在一起,旅途中我们开始闲聊起音乐来, Antonio 说起他的一个感受 - 在非洲和中国的音乐中五声音阶( Pentatonic Scale , 一种五度的顺序排列的音阶 - 如 1 2 3 5 6 ) 使用很多,不知什么原因。我这个外行听了有点不信,便一连哼了几首中国民族音乐,他说都是属于 pentatonic scale ,其中一首广东音乐《彩云追月》尤为经典。我无语,脑子里开始胡思乱想,音乐其实是人类社会文化的最基本承载形式之一,二者的发源和发展应该是同步的,我们今天有不少搞人类或 人口遗传学( Human / Population Genetics )的实验室,估计会用全基因组测序和数学建模方式做研究,如果用一些数学建模方式寻找地域音乐的相似度作为一种辅助手段不知能否更快捷地抽提出带有遗传共性的族群特征来。不论这个 music-based profiling 的方法管不管用,想像一下遗传学的实验室里会不断响起《信天游》的调调和非洲某个部落的歌舞声,那一定是 cool 极了! ========================================= 几个月前我在北卡夏洛特市出席了一个关于肿瘤研究讨论的午餐会,会上本来有个搞生物信息学的,结果来的人是个冒牌的,是搞社会 / 社区网络研究的,不过歪打正着,我觉得他的一席发言是最有意思的。我在想肿瘤研究也许非常需要(事实上有些地方已经开始)让一些搞社会和城市网络的人来参与。也就是说我们可以 把社会学、行为学、网络工程学的理论及概念应用到肿瘤细胞、分子之间作用的研究上。对于肿瘤生物学中的“微环境”,尤其是恶性肿瘤转移(这个目前我们知之甚少)的生物学基础的研究,我们或许可以从人类社会的“宏观环境”(如村落和社区的建立、发展、迁徙等)中得到一些认识上的启蒙。 ========================================= 最近一期( 6 月 7 日)的 Science 和 Science – Translational Medicine 推出了关于肠道菌群的专辑。我和欧洲的几个同行应邀为这两本杂志各写了一篇综述, (Science: Host-Gut Microbiota Metabolic Interactions ; Science Translational Medicine: Therapeutic Modulation of Microbiota-Host Metabolic Interactions )。记得早在 3 - 4 月份我们讨论这两篇文章写什么新颖性的观点时,一个同行出了个很“生猛”的主意,说我们人类肠道菌群结构和功能上的偏差与我们的个性上的差异(譬如 sanguine 乐观型 , choleric 易怒的, phlegmatic 冷淡型 , 以及 melancholic 忧郁型)相关。我第一个对这个想法泼了冷水,理由是没有足够的研究结果来支撑。但是,我内心还是很喜欢这个想法的,其实我个人更加偏向于认为中医的八纲辨证、尤其是虚、实、寒、热等主要证型的生物学基础与肠道菌群(生态)的差异是有关系的。因为肠道菌群参与了我们人体内的能量代谢、免疫调节、甚至体温调控,所以所谓的怕冷怕热这些因人而异的生理表型应该是基因-环境互作后在表观基因层面以及共生菌和宿主的共同代谢轴上进行调控和平衡的一个结果。可惜我们的中医现代化研究成果实在太少,我也无法在文章里提供出个把动听的中医科学故事来。以前我曾计划开这方面的题目进行系统的研究, 2007 年在国内工作时曾经写过一个(当时我认为是中医研究比较前沿性的提议的)本子,结果被北京的“有关部门 ” 无限期地搁置了。有点扯远了,回到这两篇 review articles ,我们在撰写的时候还是读到了一篇来自于瑞士伯尔尼大学和英国帝国理工的极有启发性的文献,作者对长期以来认为的人体内芳香酸(如苯甲酸、苯乙酸等)结合氨基酸后排出体内这一“解毒”过程进行了质疑,并在列举了详实的(前人)研究结果基础上提出了一个全新的理论。传统的认识是我们人体会在代谢过程中将一些小分子氨基酸(如甘氨酸、谷氨酸、牛磺酸等)与芳香酸内物质结合形成更容易消除的 conjugates ,如甘氨酸结合苯甲酸形成马尿酸,后者通过尿路排出体内,从而有效降低体内苯甲酸水平。这篇文章的中心思想是反过来理解,人体内的肠道菌在食物代谢中产生的芳香酸类物质其实是被用来结合那些(具有神经递质功能)的小分子氨基酸来将它们排出体外的, 我们在神经调控过程中会产生过量的兴奋性的或抑制性的神经递质,人体通过日常食物(的代谢产物)与这些神经递质结合并及时清除出这些物质,从而调节体内多种神经递质的平衡。这篇文章让人眼睛一亮,从这一观点引伸出去,通过对体内多余的兴奋类或抑制类的神经递质物质的清除,我们的食物(和代谢这些食物的肠道菌群)对我们自身的精神运动甚至情绪具有十分重要的调节作用。我想,这也许是为什么我们很多人酷爱美食,许多科学网博主(也称之为“吃货”们)经常大晒其美食带来的无可言喻的精神愉悦的一个科学原因吧。
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[转载]环流带缓慢的代谢:古老细菌挑战生命极限
热度 1 crossludo 2012-5-19 12:06
深海环流带打捞出神秘生物:古老细菌挑战生命极限 科学家在北太平洋环流带上打捞出神秘生物结构,分析发现是一团可追溯到恐龙时代的古老细菌。 腾讯科技讯 (Everett/编译)据国外媒体报道,科学家们近日在深海中发生一团年代十分古老细菌,距今大约8600万年。它们生长得非常缓慢,可能来自恐龙时代的“午餐盒”中。在上个世纪九十年代,科学家就已经发现在海洋沉积物中生存着数百万年前的古老细菌,但它们是如何进行生存的,这个问题直到现在仍然是未解之谜。 转播到腾讯微博 深海细菌有着极为缓慢的代谢和惊人的寿命 为了找出其中的原因,科学家们在北太平洋设置了十一个监测站位,收集位于海底底部一下数十米的微生物,站位分布的位置位于北太平洋环流系统上,可收集到更多的细菌。根据位于丹麦的奥胡斯大学研究人员汉斯·罗伊(Hans Ry)介绍:“大洋上的环流系统就像一个封闭的大罐子,在环流系统的海水与海洋其他水体的交换并不十分剧烈。”因此,海洋环境周围存在大片的海区,和其下面埋藏的沉积物,这里是地球大部分“营养物质”所在。 汉斯·罗伊的研究小组发现沉积物中的细菌正在以极低的速率消耗着氧气,这一方发现是通过探测大洋底泥的专用传感器实现的。更重要的是,研究团队还发现了沉积物中的生物环境还可提供有机碳的供应。当时的地球陆地上还生活着大型恐龙,这些细菌便是在此时被“保存”了起来。深海微生物事实并不“孤单”,通过最新的研究表明,微生物是地球上最普遍存在的生物,组成了地球上90%的单细胞生命。 科学家对深海中生活的细菌不太了解,他们甚至没有一个完整的命名规则,因为这些细菌的DNA与任何一种已知的细菌种类都不相符合。它们就像在犯罪现场留下的一套指纹,但并没有其他细菌与数百万年前的细菌特征相匹配。从更基础的层面上看,深海细菌并不像我们日常生活接触到的细菌,这就限制了我们对深海细菌进行DNA改造的可能性,使得这项工作的有用性降低。 根据位于德国的马克斯·普朗克研究所科学家约内斯库(Ionescu)介绍:“很多时候我们在培育深海细菌时试图给它们更多的食物,以观察细菌的生长情况,但是它们由于长期生活的在深海中,已经适应并演化出很慢的代谢生活,这点与我们日常生活接触到的其他细菌存在不同之处,后者甚至可在数天之内的数量达到数百万。”幸运的是,即便位于太平洋环流圈上的深海细菌有着极为缓慢的代谢,也不能算出它们的最终寿命。 对于初次进行深海沉积物调查的研究人员而言,可以很容易就确定出在北太平洋环流下的泥层年龄,因为这些海底的沉积物积累地非常缓慢,速率大约在每千年一毫米。进行北太平洋深海沉积物与细菌寿命的计算较为简单,因为这儿只有氧气发挥着主导作用,相比之下没有其他代谢物质的产生。从目前的数据看,科学家们已经确定了深海细菌的繁殖速率,大约在数百年一次至数千年一次之间,但是这还不算是最长的生命寿命记录,很多生物都轻松超过这个年龄,比如海绵,它们可以活的更长。
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随笔之七十:《睡觉》“细胞活跃代谢忙”
uvard 2012-4-9 21:11
睡觉 日月照耀升落有, 花草生长光合碌; 细胞活跃代谢忙, 子午休息不可荒。 --鲍毅
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超低碳生活
热度 4 chemicalbond 2011-8-22 23:13
昨天,我买了一辆自行车,今天就骑着它上班了。乖乖,离开喧闹的都市,半个多小时才到达那片麦地。周边都在大兴土木,找了半天才找了上班的地方。还没上班,都已经臭汗淋淋了。 不过,随之而来的便是饭量大增。要是细算一下,这自行车代替电动车节省下来的CO2排放,多半被我这增加的代谢给抵消了。实在是一笔糊涂帐。 PS: Aug/23,实验刚进行了两天,实在是太辛苦了,明天还是决定把自行车扔在家里,继续坐班车。再说,那班车也将因为我的加入减少人均CO2的排放:想开了就好。另外,一位已经有车的亲戚主动提出要为我志愿摇号,实在是雪中送炭-----期待着好运即将降临,以后就可以在这片麦地的四周实现行动的自由:至于减C,那不过是说说而已 :-)
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骨骼肌与代谢——“马拉松小鼠”
sportmuscle 2011-5-25 02:51
骨骼肌与代谢——“马拉松小鼠” 在一些耐力项目训练中,经常采用长时间有氧训练,如长跑及自行车项目偶尔建议运动员在空腹状态下训练,或者是选择摄取小量的食物或忽略早餐,以最大程度动员脂肪酸氧化供能。这种建议的可行性如何?以及潜在的机制是什么? 我们知道骨骼肌存在无氧供能系统和有氧供能系统。不同的运动强度下,不同类型骨骼肌纤维依赖不同的能源物质供能。葡萄糖主要满足 IIa 肌纤维(快肌纤维)的能量供应,慢肌纤维( I 型肌纤维)更多的是依靠脂肪酸代谢供能。在亚极量耐力运动主要 I 型肌纤维参与供能,表明提高脂肪酸的氧化供能是具有潜在的提高运动能力作用。 肌细胞内甘油三酯,血浆脂蛋白中甘油三酯以及游离脂肪酸是 I 型肌纤维可以利用的脂肪酸来源。实际上,长期耐力训练的运动员骨骼肌积累更多的脂肪,当在空腹状态下,会动用更多的脂肪酸氧化供能。 在空腹或糖原耗竭状态下,运动训练具有潜在的调节 I 型肌纤维代谢。一些研究表明,持续训练引起的肌糖原耗竭,促进骨骼肌参与脂代谢的酶活性提高,脂肪酸转运蛋白及相关基因的表达等,从而有利于线粒体氧化脂肪酸的能力。有趣的是,运动利用碳水化合物耗竭训练方案也提高了运动后再合成肌糖原的能力。这一点 对运动训练是有帮助的,当碳水化合物时在比赛中消耗时,也有助于节约糖原。 最有趣的一项研究,利用转基因小鼠对核转录因子过氧化物酶体增殖物激活受体( PPAR )δ的活性形式。研究发现比野生型小鼠耐力提高 2 倍之多,被称为 “马拉松老鼠“。 PPAR δ ,也称为 PPAR β,是 PPAR 受体中研究较少的一种亚型,其主要表达在肌肉组织,被认为能提高线粒体中脂肪酸的氧化供能,尤其中 I 型肌纤维中高表达。通过转基因技术针对性的使该转录因子过度表达,导致肌肉纤维更多地转换成 I 型表型,从而促进脂肪酸的氧化供能。此外,野生型小鼠通过 PPAR δ激动剂治疗与转基因小鼠达到同样的效果。 同禁食的效果一样,耐力训练也提高小鼠及人体骨骼肌 PPARδ 的表达,引起脂肪酸氧化率提高,至少对于提高耐力训练及代谢综合症的患者具有潜在的作用。目前 PPARα 和 PPARγ 激动剂已经用于治疗高血脂及胰岛素抵抗患者。另外有趣的发现是,与野生型相比,“马拉松小鼠”对高脂诱导的肥胖有抵抗作用。鉴于 PPARδ 能诱导 I 型肌纤维的表型和提高脂肪酸的氧化,在药理方面具有可以作为一种“运动药丸”,达到耐力训练的作用,提高代谢效率。 这项研究可能会引领“运动药丸”的研发,让许多患者无须汗流浃背,也可享受运动的益处。 主要参考文献 1. De Bock K, Derave W, Eijnde BO, Hesselink MK, Koninckx E, Rose AJ, Schrauwen P, Bonen A, Richter EA, Hespel P. Effect of training in the fasted state on metabolic responses during exercise with carbohydrate intake. J Appl Physiol. 2008 Apr;104:1045-55. 2. Wang YX, Zhang CL, Yu RT, Cho HK, Nelson MC, Bayuga-Ocampo CR, Ham J, Kang H, Evans RM. Regulation of muscle fiber type and running endurance by PPARdelta. PLoS Biol. 2004 Oct;2:e294. 3. Ehrenborg E, Krook A. Regulation of skeletal muscle physiology and metabolism by peroxisome proliferator-activated receptor delta. Pharmacol Rev. 2009 Sep;61:373-93. 4.van Loon LJ, Koopman R, Manders R, van der Weegen W, van Kranenburg GP, Keizer HA. Intramyocellular lipid content in type 2 diabetes patients compared with overweight sedentary men and highly trained endurance athletes. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2004 Sep;287:E558-65. 5.Van Proeyen K, Szlufcik K, Nielens H, Ramaekers M, Hespel P. Beneficial metabolic adaptations due to endurance exercise training in the fasted state. J Appl Physiol.Jan;110:236-45.
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[转载]《科学》发表对黑熊冬眠的研究论文
李丕鹏 2011-2-18 21:52
一般而言,某种生物的体温每下降 10 摄氏度,其代谢活动会减少约 50% 。然而,美国研究人员 2 月 17 日公布的最新发现表明,尽管阿拉斯加黑熊冬眠时体温只下降 5 到 6 摄氏度,其代谢活动却急剧下降,只有正常水平的 25% 。 阿拉斯加大学费尔班克斯分校及斯坦福大学研究人员监控了部分黑熊 5 个月的冬眠时间,他们观察到,这些熊的体温缓慢地以 2 到 7 天为周期在 30 至 36 摄氏度之间波动。这种现象从未在较小的冬眠动物中发现,而且研究人员此前也根本不知道在哺乳动物中存在这种情况。 通过测量黑熊在模拟巢穴中冬眠时的氧气消耗量,研究人员发现,这些黑熊的代谢活动比夏天时的水平低 75% ,其心率也会从每分钟 55 跳减缓至 14 跳。此外,研究人员还发现,这些黑熊冬眠结束之初,其代谢活动仍然只有正常水平的一半, 2 到 3 周后才完全恢复正常水平。 这项研究成果发表在新一期美国《科学》杂志上。 研究人员表示,黑熊冬眠醒来时,其肌肉、骨质等都完好,功能都没有丧失,如果能够发现黑熊这一本领的遗传学奥秘以及降低代谢需要的机制,就有可能开发出新的治疗方法和药物,用于预防骨质疏松、废用性肌萎缩,甚至可将受伤者置放到某种活动力暂停或降低的状态,直到他们能接受先进医疗护理,即把抢救治疗的黄金小时延长为黄金日或黄金周。(来源:新华网任海军) Science 18 February 2011: Vol. 331 no. 6019 pp. 906-909 Hibernation in Black Bears: Independence of Metabolic Suppression from Body Temperature ivind Tien 1 , * , John Blake 1 , Dale M. Edgar 2 , † , Dennis A. Grahn 3 , H. Craig Heller 3 , and Brian M. Barnes 1 , * Author Affiliations 1 Institute of Arctic Biology, University of Alaska Fairbanks, Fairbanks, AK 99775, USA. 2 Department of Psychiatry and Behavioral Sciences, School of Medicine, Stanford University, CA 94305, USA. 3 Department of Biological Sciences, Stanford University, CA 94305, USA. Author Notes * To whom correspondence should be addressed. E-mail: otoien@alaska.edu (O.T.); bmbarnes@alaska.edu (B.M.B.) † Present address: Lilly Research Centre, Eli Lilly, Windlesham, Surrey, GU20 6PH, UK. Abstract Black bears hibernate for 5 to 7 months a year and, during this time, do not eat, drink, urinate, or defecate. We measured metabolic rate and body temperature in hibernating black bears and found that they suppress metabolism to 25% of basal rates while regulating body temperature from 30° to 36°C, in multiday cycles. Heart rates were reduced from 55 to as few as 9 beats per minute, with profound sinus arrhythmia. After returning to normal body temperature and emerging from dens, bears maintained a reduced metabolic rate for up to 3 weeks. The pronounced reduction and delayed recovery of metabolic rate in hibernating bears suggest that the majority of metabolic suppression during hibernation is independent of lowered body temperature.
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细胞自我吞噬作用与代谢研究进展
xupeiyang 2010-12-3 16:17
http://www.39kf.com/focus/lc/genomics/2007-12-20-440143.shtml 美国马萨诸塞 学 医学 院进行的 项新研究显示,果蝇的 唾液腺 确实能够告诉我们与人类疾病有关的过程 该项研究对一 细胞 的降解过程自我吞噬有了新的了解。 项研究的结果发表在12月14日的《细胞》(Cell)杂志上。 自从二十世纪60年代发现细胞 程序性死亡 以来,来自世界各地各 学科的研究人员对这个过程进行了大量的研究。作 发育 和动态静止的一个关键机制,细胞程序性死亡能够清理已不需要或受损的细胞。尽管 细胞凋亡 是了解最 的一种程序性 细胞死亡 过程,近期研究人员开始对自我 吞噬作用 有了进一步的了解。这个过程是一种高度调节、异化过程,能使细胞自己吃掉自己。有趣的是,自我吞噬还能为细胞提供在不能进行凋亡时的一种替代形式的自我毁灭。 在这篇最新发表的文章中,来自UMMS的副教授EricBaehrecke和同事对果蝇的 唾液 腺进行了研究。果蝇唾液腺含有拆除和再利用自身细胞成份所需的所有细胞机器,并且为阐明自我吞噬的复杂功能提供了一个 遗传 模型 系统 。这篇文章描述了自我 吞噬细胞 死亡所需的细胞成份,并且确定出与果蝇发育过程中细胞清理过程相互合作的多个途径。 研究人员表示,了解不同细胞死亡途径如何联系以及它们如何影响发育、压力应答和疾病变得越来越重要。尽管这项研究是对果蝇的研究,但是在这种模式生物中的发现往往是了解人类类似情况的第一步。通过了解自我吞噬细胞死亡途径,这项新研究可能有助于解释这种途径在人类疾病如 癌症 、阿尔茨海默症和帕金森症中的 作用 。 自我吞噬在细胞死亡中的作用目 仍然存在争议,但它对了解和治疗多种人类疾病具有重要意义。 自噬作用是普遍存在于大部分真核细胞中的一种现象,是 溶酶体 对自身结构的吞噬降解,它是细胞内的再 循环系统 。自噬作用主要是清除降解细胞内受损伤的细胞结构、 衰老 的 细胞器 、以及不再需要的 生物大分子 等。自噬作用在 消化 的同时,也为细胞内细胞器的构建提供原料,即细胞结构的再 循环 。 细胞凋亡是指为维持 内环境 稳定,由 基因 控制的细胞自主的有序的死亡。细胞凋亡与细胞坏死不同,细胞凋亡不是一件被动的过程,而是主动过程,它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用;它并不是病理条件下,自体损伤的一种现象,而是为 好地 适应 生存 环境 而主动争取的一种死亡过程。细胞 发生 凋亡时,就像树叶或花的自然凋落一样,对于这种 生物学 观察,借用希腊Apoptosis来表示,意思是像树叶或花的自然凋落,可译为细胞凋亡。 http://www.gopubmed.org/web/gopubmed/1?WEB04aizwjjzt1laIrI11I00h001000j100200010 Autophagy and Metabolism 4,505 documents semantically analyzed 1 2 3 Top Years Publications 2009 1,000 2010 842 2008 719 2007 446 2006 317 2005 201 2004 123 2003 91 2002 77 2001 76 2000 54 1999 35 1997 35 1985 33 1987 26 1998 25 1993 25 1983 25 1986 24 1981 24 1 2 3 1 2 3 Top Countries Publications USA 1,531 Japan 535 United Kingdom 234 France 211 China 184 Germany 183 Italy 161 Canada 116 Spain 96 Norway 76 Netherlands 74 South Korea 73 Sweden 58 Israel 58 Switzerland 53 Taiwan 45 Belgium 40 Austria 34 Australia 31 Hungary 31 1 2 3 1 2 3 ... 27 Top Cities Publications Tokyo 141 Ann Arbor 119 New York City 110 Boston 80 Cambridge 72 Oslo 63 Houston 63 Okazaki 59 Pittsburgh 55 Bethesda 53 London 47 Los Angeles 46 Philadelphia 45 Villejuif 44 San Diego 41 Toronto 35 Rome 35 St. Louis 35 Suita 35 Beijing, China 34 1 2 3 ... 27 1 2 3 ... 43 Top Journals Publications Autophagy 644 J Biol Chem 250 J Cell Biol 96 Cell Death Differ 90 Methods Enzymol 83 Mol Biol Cell 67 Febs Lett 55 Cancer Res 52 Biochim Biophys Acta 51 Exp Cell Res 50 J Cell Sci 49 Biochem Biophys Res Commun 46 Biochem J 45 Proc Natl Acad Sci U S A 44 Nature 39 Hum Mol Genet 38 Nat Cell Biol 37 Oncogene 37 Cell Cycle 35 Cell 34 1 2 3 ... 43 1 2 3 ... 697 Top Terms Publications Autophagy 4,442 autophagy 3,697 Animals 2,903 Proteins 2,809 Humans 2,473 catabolic process 1,708 Lysosomes 1,427 Cell Death 1,284 cell death 1,280 Apoptosis 1,199 Mice 1,146 apoptosis 1,034 Vacuoles 996 autophagic vacuole 994 Membranes 977 membrane 974 Genes 938 Organelles 807 Cytoplasm 807 regulation of autophagy 801 1 2 3 ... 697 1 2 3 ... 805 Top Authors Publications Klionsky D 99 Ohsumi Y 91 Seglen P 63 Kominami E 45 Codogno P 42 Yoshimori T 40 Mizushima N 39 Rubinsztein D 34 Cuervo A 32 Uno T 32 Kroemer G 31 Dunn W 29 Meijer A 28 Noda T 27 Tanida I 26 Gordon P 25 Komatsu M 23 Strmhaug P 23 Bergamini E 22 Kovacs A 22 1 2 3 ... 805
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代谢与内分泌学优秀国际论文 by F1000 Factor
xupeiyang 2010-8-17 08:45
详细信息见 http://f1000biology.com/browse/METAB 国际生物学专家按F1000 Factor评出的代谢与内分泌学国际优秀论文,你可以选择查阅近一周至近五年发表的优秀论文。 可按以下分类进行检索查阅: Metabolic Endocrine Science Endocrine Metabolic Pharmacology Endocrinology
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北极狐狸为什么不怕冻?
eloa 2009-4-20 12:23
青方 发表于 2009-04-20 8:38 !-- Normal 0 7.8 磅 0 2 false false false MicrosoftInternetExplorer4 ! --!-- ! -- 小女儿正上二年级,学校有一个活动,要求自己选一个动物,总结这个动物的各种特点,然后做一个幻灯演讲,小女儿选的是北极狐狸。 以前我对北极狐狸一无所知,和小女一起学习后,发现这真是一个非常神奇的动物,最大的特点就是不怕冻。北极冬天的寒冷是超乎人的想象的,温度经常在零下 40 度左右,有的时候能低到近零下 70 度。加上延续几个月的黑夜,这些都是对生存的极限挑战。而北极狐狸却能自由地生活在这种极度寒冷中。 二战之后,考虑到可能要和北极熊苏联开战,美国开始研究如何在极度寒冷的天气里生存,首先就是观察北极的动物代谢,看在寒冷的状态下,代谢是如何调节的,目的是希望能从动物身上学到些什么,看能否开发出一种药物或方法来帮助美国大兵在北极的寒冬里和苏联打仗。 当时两位动物生理学家在 1947 年开始了这项工作,首先他们发现热带动物对低温非常不适应,这些动物通常生活在 30 度左右的环境里,当周围环境的温度降至 20 度的时候,这些动物开始打颤,代谢率提高了一倍用以产热来维持体温。 而北极的动物,例如北极松鼠,可以耐受到 12 度而不用通过改变代谢率来增加产热,北极熊的幼崽可以耐受至 0 度。而北极狐狸却给研究带来了极大的麻烦,因为当冷实验室的温度降至零下 30 度时,北极狐狸没有任何反应,依旧活动自如,体温没有任何改变,而这个温度是当时阿拉斯加的实验室所能达到的极限。于是几只北极狐狸被送到了华盛顿,在设备先进的实验室里,温度被降到零下 50 度,北极狐狸开始睡觉,温度降到零下 60 度时,狐狸的体温仍然没有变化,到零下 70 度时,狐狸开始打颤但体温依旧稳定,当温度降至华盛顿的极限,零下 80 度时,狐狸只是颤栗了 5 分钟,然后入睡,体温依旧稳定。研究人员观察到,当环境温度降低至零下 9 度时,北极狐狸的代谢才开始轻微的发生变化,通过计算,人们发现如果北极狐狸把代谢率提高 1 倍的话,他能在零下 120 度里生存。 一般的规则,生存在寒冷地方的动物个头都比较大,因为个头大到一定程度可以达到散热与产热的最佳平衡,相反,动物越小摄入的能量用于保持体温的就越多,这样就不利于在寒冷的地方生存了,这个规则似乎可以解释为什么北方人比南方人高,为什么北欧的大个子特别多。而北极狐狸却并不遵循这个规则,说是狐狸,其实他的个头只相当于一只猫,体重只有 3 到 7 斤。但他的很多特性都似乎是专门为在北极生存设计的,例如他的皮毛非常特殊,细绒毛层特别的厚,所以到了夏天,他要通过退毛脱去这层冬装,变成几乎无毛的裸体怪物。冬天快到的时候,毛又再次生长回来。 其血液循环也很独特,动静脉距离很近,这样可以用动脉血来温暖静脉血,当温度降的很低的时候,浅表的血管血流放缓,这样可以最大限度的减低散热,保持体温。 除了这些生理上的特性外,我对其调节代谢的能力充满兴趣。记得人们在研究脂肪酸代谢异常时,常用 寒冷耐受实验来挑战实验老鼠的分解脂肪的能力,如果存在脂肪酸代谢障碍,在 4 度的环境里,老鼠挺不了几个小时,因为无法通过提高脂肪酸的分解代谢来维持正常体温。可以想象,北极狐狸分解脂肪来对抗寒冷的能力是超乎寻常的。更令人惊奇的是,夏天的时候,北极狐狸吃的很多但体重并不增加,但在冬天到来之前,其摄入的热量大多转变成了脂肪,体重开始快速增加,脂肪从这个分解代谢为主到合成代谢为主的转变是如何调控的,如果能找到其控制开关的机理,是否对研究人为什么长胖又如何帮助减肥有很大的帮助呢? 这个似乎可以从因纽特人身上找到答案,因纽特人和生活在阿拉斯加北部的土著印第安人有一个现象,就是婴儿死于 SIDS 的比例要高于一般人群,所谓 SIDS 就是婴儿突然死亡综合征,很多先天性或是遗传性脂肪酸代谢障碍的患儿多死于这个 SIDS 。通过对因纽特人的研究发现,负责把脂肪酸转运进线粒体的转运蛋白 CPT-1 的一个突变, P479L ,在因纽特人中非常流行,很多人都是杂合子,当出现纯合子时,有突变的婴儿就很容易死于 SIDS 。这个突变非常有意思,即使是杂合子,也能使得 CPT-1 的功能下降近 80% ,同时失去对丙二酰 CoA ( Malonyl-CoA )的敏感性,这个丙二酰 CoA 是抑制 CPT-1 的。这就造成了这样一种局面,在北极的夏天,当食物供应充足的时候,因为 CPT-1 的突变使得脂肪酸的分解代谢速度很慢,所以热量就转变成脂肪堆积起来,到了冬季,当食物缺乏的时候,储存的脂肪又能以缓慢的速度分解掉,这个突变成了生活在极度寒冷地方的一个有利因素,这也许就是 P479L 突变在因纽特人中流行的原因。 北极狐狸是否也存在类似的脂肪代谢调节机制呢?这将是一个非常有意思的问题。
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氨基酸代谢
luweidong 2009-4-9 00:09
若饲某种氨基酸后尿中排出葡萄糖增多,称此氨基酸为称生糖氨基酸(glucogenic amino acid);若尿中酮体含量增多,则称为生酮氨基酸(ketogenic amino acid)。尿中二者都增多者称为生糖兼生酮氨基酸(glucogenic and ketogenic amino acid)。从图可以看出,凡能生成丙酮酸或三羧酸循环的中间产物的氨基酸均为生糖氨基酸;凡能生成乙酰CoA或乙酰乙酸的氨基酸均为生酮氨基酸;凡能生成丙酮酸或三羧酸循环中间产物同时能生成乙酰CoA或乙酰乙酸者为生糖兼生酮氨基酸。  亮氨酸为生酮氨基酸,赖氨酸、异亮氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸为生糖兼生酮氨基酸,其余氨基酸均为生糖氨基酸。
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关于博文《吃能量or吃信息》的切磋
biozhang 2009-1-5 16:59
张星元:关于博文《吃能量or吃信息》的切磋 感谢李小文老师对我的留言坦陈己见:《货币:简答张星元老师和发发》http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=208343。由此引发了关于能量问题的讨论。 对于李老师的这篇博文,张小平老师发表如下评论:发表评论人:zhangxp 莫非吃东西是吃信息而不是吃能量的定理现在还不是世人皆知?(见《吃能量or吃信息》http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=34518) 我认真阅读了这篇博文后,想就吃东西是吃信息而不是吃能量的定理,与张小平老师商榷。为了避免文章篇幅太长,采用在张老师原博文中插入商榷意见(括号里红色的文字)的方式发表己见。学术讨论而已,请相关博主谅解。 以下是本博文的正文: 《吃能量or吃信息》 (括号中已插入商榷意见) 在这篇博文的前半部分作者作了一个说明,然后引用了对话原文: 在杨玲《静夜狂思-(22)-语言》一文评论中和杨玲讨论,从谈有序无序就谈到了吃信息,应杨玲之约写这个题目。 先看对话录: zhangxp:你为什么认为牛吃草就不是吃信息?如果说是吃能量的话,能量是守恒的,吃进去的和排出来的一样多,有什么好吃的? (能量守恒定律成立的条件是:在孤立系统中。牛和它所处的环境所组成的系统不是孤立系统,为分析问题方便,权且把它近似地看作孤立系统。) 博主回复:哈哈,小平同志,我不认为牛吃草不是吃信息,问题是,牛知不知道自己吃下了信息?另外,吃的肯定比排的多,因为要把能量用来对抗牛的熵增啊! (牛的生命活动的有序化过程,即熵的减少的过程,靠 代谢能 来支撑。这个熵值的减少可以部分地抵消牛和它所处的环境所组成的系统的自发的熵增)。 zhangxp:牛怎么不知道?好吃啊,它知道好吃,要不它怎么不去吃石头? (牛吃草而不吃石头,是牛的内部信息系统决定的本能。) 所有的生命都是靠吃信息的 (这里吃信息的含义是什么?是吃食物,还是接受知识和智能信息,或者兼指这两者?食物本身包含能量和信息。) 你说吃进去的比排出来的多,指什么?不会是能量 (从上下文看,正是指能量), 不考虑牛的体重增长, (应用能量守恒定律,即使不考虑牛的体重增长,也不能忽略牛的器官的运行和牛的活动所消耗的能量。) 吃进去的能量和排出来的是一样多的, (注意能量守恒定律成立的条件) 所以吃进去的比排出来的多只能是指负熵。 (吃进去的食物一般是低熵化合物,排出来的一般是高熵化合物。) 博主回复:这个负熵就是帮助牛对抗熵增啊!不考虑体重增长,也有负熵!(说得对!)牛不吃石头?牛黄怎么来的?(牛通过复杂的新陈代谢而合成牛黄,是牛的遗传信息系统对牛身体内外的理化生物信息做出的响应。) zhangxp:人是更高级的信息系统,发展出了语言, (语言是信息的一种载体) 所以要吃语言的信息。一篇美文,一个好公式,人读了觉得爽,这就是吃了信息,和牛吃草没有本质不同。 (诚然牛吃的草里包含着理化甚至生物信息,当草被牛的消化系统消化时,往往是粗线条的、不分青红皂白的。) 营养,什么是营养?牛吃了草,人吃了知识(语言的信息),这就是维持生命的营养,都是负熵,都是信息。 (能量和信息不能混为一谈,但从扩宽了含义的熵的角度分析牛吃了草,人吃知识有覆盖交搭之处:有序化、条理化程度增加。) 在这篇博文的后半部分作者发了如下议论: 哈我发现对话录贴出来也不用再写什么了。稍微解释一下,可能很多人有一个误解,以为生命吃食物是吃的能量, (是 吃进能源物质 ,也带进一些相关信息。) 以前二傻有一句名言:低级动物吃能量,高级动物吃信息,这是进了一步,认出了高级的是信息,但是并不彻底,因为不管低级还是高级生物,吃的都是信息而不是能量,能量充其量只能算是信息的载体。 (能量是能量,信息是信息, 能量需要信息来组织,信息需要能量来实现 。) 一个生物,如果我们不考虑它体重的增加,所吃进的能量和排出的能量是相等的 (但是,他们的熵的水平是不同的,相对而言吃进去的一般是低熵化合物 (属于能源化合物) ,排出来的一般是高熵化合物 (也属于能源化合物), 以及不能用来做机械功的热能 ) ,所以吃能量毫无意义,而真正生物所需要并被生命所消耗掉的,是负熵, (生命体的生命活动导致自身的有序化,即熵值的下降。) 负熵当然就是信息, (负熵是能量在信息的组织下通过新陈代谢而实现的) 所以说生物是吃信息而不是吃能量。 (生命活动需要能量-物质和信息,通俗点说吃也行。) 信息系统的层次不同,所需的食物也不同,上面的对话录都基本上表达了,我们收集有用的信息,学习知识 (知识只是一些可以积累的信息,智能是通过人脑加工的信息) ,都是吃信息,因为要维持人这样的信息系统,可不是吃些草这样的信息就可以的,假如谁不吃知识这样高级的信息,就会降级,比如降成街边的流浪汉。 (高尚的人即使吃草,只要能够活着,就能源源不断地产出智能信息。当然我并不是提倡吃草,只是想说明一个问题:生命需要能量来支撑,有生命才能不断地产生新的信息,特别是智能信息;信息要靠能量和已有的信息孕育新的信息,信息要靠能量变成现实!)
个人分类: 代谢能支撑假说|4542 次阅读|3 个评论

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