生物物理所973项目封面文章引关注

　　

生物通报道，中国科学院生物物理研究所脑与认知科学国家重点实验室，中科院研究生院的研究者在最近一期的《MC Cell Biology》上发表文章，文章主要解析了核糖快速糖化诱导的蛋白错误折叠造成的神经细胞毒性研究，文章标题为：Rapid glycation with D-ribose induces globular amyloid-like aggregations of BSA with high cytotoxicity to SH-SY5Y cells。

 

该研究项目为973项目的部分研究内容，文章一经发表受到读者和国际同行的关注，并被该杂志列为封面文章，并对文章进行了专门的批注。

 

据科学时报报道，赫荣乔介绍，这项研究工作隐含了另一个重要的科学问题。100多年来，研究人员对蛋白质的非酶糖基化都以葡萄糖研究为主，特别是对糖尿病并发症的研究，截至目前，绝大部分诊断和治疗都是建立在以葡萄糖为基础的工作之上。因为糖尿病是人体内胰岛素减少或产生抵抗而不能降低食物血糖所产生的一种后果，故糖尿病患者需要注射胰岛素，以保证体内的需要。而赫荣乔课题组的工作提示，核糖可能在糖尿病的发病和并发症的病理过程中具有潜在的不可忽略的作用。因为葡萄糖非酶糖基化蛋白质在他们使用的实验条件下，并未观察到明显的细胞毒性，同时葡萄糖的糖化产物在结构与功能方面的变化相对不明显。相反，核糖与蛋白质反应产生的糖化产物却具有很强的细胞毒性，在体外细胞培养中表现出迅速而明显的细胞代谢功能障碍。这项工作有可能在糖与蛋白质相互作用领域中开辟一个新的发展方向。

 

赫荣乔说，“我们目前报道的研究结果还只是核糖对神经细胞的实验观察，属于细胞水平的工作。我们已经观察了核糖对多种人类蛋白质的非酶糖基化，这些实验都证实了相同的结果。至于核糖糖基化对整体动物的影响和作用如何，我们正在进行进一步研究。”

 

生物通推荐原文摘要：Rapid glycation with D-ribose induces globular amyloid-like aggregations of BSA with high cytotoxicity to SH-SY5Y cells

 

【Abstract】

Background

D-ribose in cells and human serum participates in glycation of proteins resulting in advanced glycation end products (AGEs) that affect cell metabolism and induce cell death. However, the mechanism by which D-ribose-glycated proteins induce cell death is still unclear.

 

Results

Here, we incubated D-ribose with bovine serum albumin (BSA) and observed changes in the intensity of fluorescence at 410 nm and 425 nm to monitor the formation of D-ribose-glycated BSA. Comparing glycation of BSA with xylose (a control for furanose), glucose and fructose (controls for pyranose), the rate of glycation with D-ribose was the most rapid. Protein intrinsic fluorescence (335 nm), Nitroblue tetrazolium (NBT) assays and Western blotting with anti-AGEs showed that glycation of BSA incubated with D-ribose occurred faster than for the other reducing sugars. Protein intrinsic fluorescence showed marked conformational changes when BSA was incubated with D-ribose. Importantly, observations with atomic force microscopy showed that D-ribose-glycated BSA appeared in globular polymers. Furthermore, a fluorescent assay with Thioflavin T (ThT) showed a remarkable increase in fluorescence at 485 nm in the presence of D-ribose-glycated BSA. However, ThT fluorescence did not show the same marked increase in the presence of xylose or glucose. This suggests that glycation with D-ribose induced BSA to aggregate into globular amyloid-like deposits. As observed by Hoechst 33258 staining, 3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) and cell counting kit-8 (CCK-8) assay, lactate dehydrogenase (LDH) activity assay, flow cytometry using Annexin V and Propidium Iodide staining and reactive oxygen species (ROS) measurements, the amyloid-like aggregation of glycated BSA induced apoptosis in the neurotypic cell line SH-SY5Y.

 

Conclusion

Glycation with D-ribose induces BSA to misfold rapidly and form globular amyloid-like aggregations which play an important role in cytotoxicity to neural cells.

 

赫荣乔 博士 男 53岁 满族 研究员 博士生导师

专业：分子神经发育生物学，生物化学化学

本课题组开展人类神经Tau结构与功能研究。神经Tau具有启动微管系统的装配和稳定微管系统的作用，该蛋白的异常修饰、错误折叠、分子聚集与老年性痴呆等神经退行性疾病密切相关。研究者发现低浓度甲醛能够诱导Tau蛋白错误折叠，并形成具有细胞毒性类似球状的聚积物。细胞学实验表明，甲醛诱导的蛋白质球状聚集物在1mM左右能够导致SY5Y细胞、HEK293细胞以及海马原代培养细胞死亡。脂质过氧化所产生的内源性丙二醛在与氨基化合物，包括蛋白质侧连氨基发生反应时，能够产生甲醛分子，这可能是人体内产生内源性甲醛的重要代谢途径。在此基础上提出了散发性老年性痴呆的“慢性甲醛损伤”学说。该课题组还发现tau蛋白能与DNA双螺旋相互作用，形成串珠样超螺旋结构，在一定程度上具有保护DNA分子免受氧自由基的攻击。另外，本研究组还开展了脊椎动物中枢神经系统发育基因调控的研究工作，在视觉系统发育，眼睛极性的形成方面获得了一些有意义的结果。