搜索
细胞生物学囊泡转运研究研究历史报告第十组生物科学（2）班组员：任康曹安心张平李阳端蒋信明刘远文田合飞囊泡形成的研究历史（刘远文）囊泡运输的研究历史（曹安兴）囊泡锚定与融合的研究历史（田合飞）囊泡运输异常与那些疾病有关（蒋信明）PPT制作（仁康、李阳端）资料整理（张平）（一）囊泡形成的研究历史某些两亲性分子，如许多天然的合成的表面活性剂及不能简单缔合成胶团的磷脂，分散于水中时会自发形成一类具有封闭双层结构的分子有序组合体，称为囊泡（vesicle）也称为脂质体。形成囊泡的结构：囊泡可以认为是个圆形的球壳，具有几百到几千埃的直径和50埃左右的厚度。每个典型的囊泡含有80000到100000个两亲分子。囊泡的双分子膜具有以下特征：囊泡的双分子膜的厚度仅为50埃；在一段时间内囊泡是稳定的，可以用凝胶色谱柱和离心方法进行分离；对于水溶性化合物，双分子膜可以将其有效地分开，而水可以自由穿透狗双层膜；疏水性化合物课溶解在囊泡的疏水双分子膜中；在20-50°C之间存在着相对平衡。将囊泡谁溶液分为九个区域，[1]外部水域；[2]外部端基邻近的水域[3]外部端基区；[4]靠近外部端基区的疏水膜区；[5]疏水膜的内部；[6]靠近内部端基区的疏水膜区；[7]内部端基区；[8]内部端基邻近的水域；[9]内部水域。囊泡的研究历史：1965年英国学者用超声波的手段将干磷脂分散于水中制备得到多实脂质体，并证明每层均为双分子脂质膜且被水隔开，其厚度越为4nm，这标志着人工制备脂质体、囊泡研究的开始。1977年科学家发现由合成的表明活性剂双十二烷基二甲基溴化铵经过超声波处理野可以得到闭合双层膜结构。1989年科学家从复配的阴阳离子表面活性剂体系得到了自发形成的。（二）囊泡运输的研究历史囊泡运输既是生命活动的基本过程，又是一个极其复杂的动态过程，在高等真核生物中尤其如此，涉及到许多种类的蛋白质和调控因子。囊泡运输一般包括出芽、锚定和融合等过程，需要货物分子、运输复合体、动力蛋白和微管等的参与以及多种分子的调节。细胞内的囊泡运输系统，就好比一个城市的交通运输系统，各种具有动力(即动力蛋白)的不同车辆(即运输复合体)装载着所运输的不同货物(即囊泡上的货物分子)，按照指定的行驶路线(即微管)抵达目的地后，完成货物的卸载。一个城市的良好交通运输状况，需要精细的交通控制(即调节分子)。如果控制得不好，某些地方就会出现交通拥堵，严重时整个城市的交通都会瘫痪。当类似情况出现在我们的细胞内时，这些细胞就无法实现正常功能，甚至会因而死亡。现有的研究表明，细胞内可能存在精确调控货物分选与运送的一套指令，由货物分子、运输复合体、动力蛋白、运输轨道及相关调节因子共同组成，称之为“运输密码”。解码这套指令，对于理解细胞功能和生命活力至关重要。这有赖于多学科交叉(如物理、化学、生物等)和新技术发展(如新一代显微成像技术)，以实现对细胞内的囊泡运输过程的实时和长时程监控。（三）囊泡锚定和融合研究历史应用荧光探针法研究双（月桂酸）三乙醇胺酯形成囊泡的融合动力学过程，工作中合成和应用了含长烷基链的荧光探针—十六烷基罗丹明B，以保证其进入囊泡的双分子层，随着融合的进行，探针浓度被稀释，探针分子逐渐由二聚体离解成为单体，从而使其荧光强度增强．研究发现，由双（月桂酸）三乙醇胺酯形成的囊泡，其融合速率和膜结构与介质酸度、环境温度等密切相关，当介质酸度处于一定的pH范围时，形成的囊泡膜具有最致密的结构，其融合也最慢。受到广泛关注的神经递质的释放是通过突触囊泡与突触前膜的融合完成的.通过对单个囊泡动力学的分析发现,在突触囊泡分泌过程中除了完全融合(fullfusion)模式外,还存在着部分融合即离开(kissandrun)和部分融合且停留(kissandstay)两种融合模式.在神经元受到强烈刺激时,这两种分泌模式尤为重要.同时突触囊泡融合前的转运、锚定、激活过程在神经递质的释放和调节过程中起着很关键的作用.在高K+刺激下的PC12细胞中,我们运用全内反射荧光显微镜(totalinternalreflectionfluorescencemicroscopy,TIRFM)技术,通过VAMP2-pHluorin和VAChT-TDimer2双色荧光成像的方法跟踪类突触小囊泡(synapticvesicle-likemicrovesicles,SLMVs)的锚定和融合过程.结果表明,在高K+刺激的PC12细胞中,部分融合即离开这种分泌模式占主导地位,同时发现在高K+刺激下SLMVs在细胞膜上的停留时间增加了,说明被激活囊泡的囊泡数量增加.生物膜构成细胞之间以及细胞内各细胞器之间的屏障，使一些重要生命活动在相对独立的空间内进行。这些独立的空间之间需要进行物质的交流，形成细胞内的物流系统。细胞内物质运输的主要途径之一是通过囊泡包裹的膜转运系统。细胞内的物质包裹在囊膜内或位于囊膜上，借助囊泡的运输和与生物膜的融合来实现胞内或跨膜运输。囊泡的运输具有重要的生理意义，囊泡运输不仅参与多项重要的生命活动，如神经递质释放、内分泌激素释放、天然免疫等，其调控失常也与许多疾病密切相关，因而被Science杂志列为未来25年内需要解决的125个重要科学问题之一。（四）囊泡运输异常与哪些疾病有关身体中每个细胞都有复杂的结构，不同的功能被分隔在不同的细胞器中。细胞产生的分子被封闭在囊泡中，在特定的时间运送到细胞内或者细胞外特定的精确位置上。在囊泡运输的过程中，任意一个环节出现运输受阻，都会导致蛋白堆积，引发一系列病理反应（细胞凋亡、吞噬）。则会对有机体产生有害影响，并导致如神经系统疾病，糖尿病，免疫疾病，神经性病变类帕金森、眼皮肤白化病OCA，海普二氏综合征HPS等。目前发现一些遗传学的疾病与Rab蛋白有关，或与Rab作用的蛋白有关。如：①格里塞利综合征是一种常染色体隐性疾病，引起部分性白化病。这种疾病主要是与免疫缺陷有关，另外与神经功能障碍有关。Menasche等研究发现这种疾病与Rab27a的错义突变有关。Rab27a的突变使得黑色素细胞内运输黑素小体受到障碍，从而使T细胞的杀伤功能丧失。Rajadhyax等也证实了格里塞利综合征与Rab27突变相关.②恶性rhabdoid肿瘤是一种罕见的、儿科的软组织瘤，它的细胞遗传特点是在染色体22q11．2纯合子的缺失，研究发现rhabdoid肿瘤的发病与Rab36有关。③夏科-马里-图思病（CMT2B）是由Rab7的新生突变引起的，遗传分析发现新生突变在Rab7基因，包括一个c.471GC,p.Lys157Asn错义突变。④无脉络膜是一种发生在视网膜的X染色体连锁疾病，其发生由Rab护卫蛋白-1（REP-1）突变引起。其他还有一些遗传性疾病是由于与Rab作用的蛋白发生突变而引起Rab蛋白功能障碍，如：geranyl-geranid转移因子突变引起Hermansky-Pudlak综合征。RabGDP裂解抑制因子-α突变引起X染色体相关的智力低下。有研究发现Rab蛋白与肿瘤的发生和转移密切相关，在肺癌、肝癌、胃癌等组织中均有Rab蛋白的过度表达Culine等研究发现Rah2蛋白在大部分实体肿瘤患者的血液中高表达而且随着治疗过程.的进展，过量表达逐渐得到改善。以上研究证明了GTP结合蛋白参与了肿瘤疾病的免疫。Fukui等发现在肝癌中Rab5a过量表达，而且可以通过调节EGF信号转导而改变细胞的活性。另外，在活动性甲状腺腺瘤中Rab5a也高表达，研究发现这与促甲状腺激素的刺激相关。比较基因组学发现Rab23在肝癌和胃癌细胞株中转录大量增加，经干扰RNA沉默后细胞株的生存力及侵袭力均下降，调亡增加。同样，Rab23也在萎缩性胃炎、肝癌和原发性胃癌组织中高表达。初步断定这些Rab蛋白是通过调节细胞内信号传导，从而在肿瘤的发展中发挥重要作用，虽然它们并不是癌基因产物，却能够影响癌细胞的增殖、生存以及侵袭能力。有研究表明，离子通道的囊泡运输过程的改变可能与心律失常的发生密切相关，重视小G蛋白对离子通道蛋白转运的调控研究，将有利于提高我们对心律失常机制的理解和认识，为研究遗传基因相关疾病的发病机制和今后以干预囊泡转运过程为靶点设计药物进行此类疾病的靶向治疗提供新的思路。囊泡运输的紊乱与多种疾病关系密切。目前,可以通过密切关注囊泡的运输过程把这作为一通路，可以作为药物的靶点,通过药物阻断功能异常蛋白对细胞的影响来控制疾病的发展。同时细胞蛋白本身也起到调节囊泡运输的作用,因而可以直接以细胞蛋白为药物靶点,通过增强或者抑制细胞蛋白的功能来恢复紊乱的囊泡运输,起到缓解疾病症状的效果。生科2班第十小组2014年10月14日