马达蛋白研究论文

马达蛋白研究论文

流产的主要原因是人类卵子在管理其中的染色体数量方面表现糟糕。但现在， 马克斯-普朗克研究所的研究人员已经发现了一种可以帮助这一过程顺利运作的运动蛋白，从而为提高生育治疗的成功率带来了潜在的新方法。

人类通常会继承46条染色体，其中一半来自父母一方的精子，一半来自父母另一方的卵细胞。卵子前体细胞即卵细胞，包含每个染色体的两个副本并通过细胞分裂过程失去其中一个。这是由纺锤体装置引导的，纺锤体装置是一种纤维结构，在卵细胞分裂之前会将每个染色体的一个副本拉向纺锤体的两端。

问题是，在人类的这个过程中，错误是常见的。大多数流产是由于成熟的卵子含有过多或过少的染色体造成，而像唐氏综合症这样的情况也可能是由染色体异常引起的。

这项研究的论文通讯作者Melina Schuh表示：“我们已经知道，人类的卵母细胞经常组装出具有不稳定两极的主轴。这种不稳定的主轴在分裂过程中错误地排列了染色体。”

奇怪的是，其他哺乳动物似乎没有这种错误率，因此在这项新研究中，研究人员调查了它们跟我们人体之间的差异。他们对在稳定纺锤体方面起作用的蛋白质进行了分子清点，并将人类卵母细胞与小鼠、猪和牛的卵母细胞进行了比较。

在这个过程中，研究小组发现了一种叫做KIFC1的特殊蛋白质，它在人类卵母细胞中相对缺乏，但在其他被测试的动物中却更为常见。这种运动蛋白在纺锤体纤维之间建立了桥梁从而使它们保持稳定。为了测试这种蛋白的缺乏是否是高染色体错误率背后的原因，研究小组从小鼠和牛的卵母细胞中去除这种蛋白。

研究的论文第一作者Chun So指出：“如果没有这种马达蛋白，大多数小鼠和牛的卵母细胞会像人类卵母细胞一样组装出不稳定的纺锤体并发生更多的染色体分离错误。因此，我们的结果表明，KIFC1在确保减数分裂期间染色体的无错误分布方面至关重要。”

接下来，研究人员检查了它是否也是以另一种方式发挥作用的。他们在人类卵母细胞中加入了额外的KIFC1，结果发现主轴变得明显更稳定，发生的错误也更少了。随着进一步研究工作的展开，这一发现可能成为提高体外受精或其他生育治疗成功率的一个突破口。

Schuh说道：“因此，将KIFC1引入人类卵母细胞可能是一种减少缺陷卵子的可能方法。这可能有助于使生育治疗更加成功。”

马达蛋白（Motor protein）

马达蛋白是细胞内物质运输颗粒和囊泡的载体,是一类利用ATP水解所产生的化学能量驱动自身沿微管（Microtubule）或微丝（microfilament）定向运动的蛋白。马达蛋白根据其作用部位分为两类，微管马达蛋白，包括包括驱动蛋白（Kinesin）与动力蛋白（Dynein）两个家族；以及微丝马达蛋白，又称肌球蛋白（myosin）。

微管与微丝在许多细胞过程中扮演非常重要的角色，它们维持细胞的结构，一同形成细胞骨架。它们提供了用于胞内运输平台和参与了多种细胞过程，包括分泌囊泡，细胞器和细胞内的物质的运动。

微管是由α-和β-微管蛋白（Tubulin）二聚体聚合的长的中空圆柱体，其外径约为24纳米，而内直径为约12纳米。微管具有独特的极性，具有生长速度较快解离速度较慢的(+)端和生长速度较慢解离速度较快的(-)端。通过微管运动的马达蛋白分为驱动蛋白（Kinesin）与动力蛋白（Dynein）。驱动蛋白（Kinesin）可以朝着 微管 的+极运动，而动力蛋白（Dynein）则朝着微管的-极运动。马达蛋白既有与微丝或微管结合的马达结构域，又有与膜性细胞器或大分子复合物特异结合的“货物”结构域。驱动蛋白（Kinesin）是一条长80nm的杆状结构，头部一端有两个成球状的马达结构域，另一端是重链(kinesin heavy chain，KHC）和轻链(kinesin light chain，KLC）组成的扇形尾端，中间是重链组成的杆状区。球状的头部具有ATP结合部位和微管结合部位。

动力蛋白（Dynein）有两个球形重链“头部”，这两个重链依靠前部的竿在微管上“行走”。动力蛋白激活蛋白帮助在轻链上加载货物。

微丝是由肌动蛋白（Actin）组成的直径约为7nm的纤维结构。与微管一样，微丝拥有较快组装的一端（+极）以及较慢组装的一端（-极）。依靠微丝运输物质的马达蛋白为肌球蛋白（myosin）。其分子形状如豆芽状，由两条重链和多条轻链构成。两条重链的大部分相互螺旋形地缠绕为杆状，构成豆芽状的杆；重链的剩余部分与轻链一起，构成豆芽的瓣。被激活后，具有活性的、能分解ATP的ATP酶。其头部用于连接纤维状的肌动蛋白，利用ATP水解产生的作用力沿纤维丝向（+）端“行走”（myosinVI为特例，向尖端（-）“行走”）。

马达蛋白在细胞活动中非常重要，而已有研究发现其余多种疾病相关。如驱动蛋白（kinesin）缺乏是引起腓骨肌萎缩症和某些肾脏疾病的原因。动力蛋白（Dynein ）缺乏会导致慢性呼吸道感染，因为纤毛没有动力蛋白就不能正常工作。肌球蛋白（myosin）的许多缺陷与疾病状态和遗传综合症有关。由于肌球蛋白II对于肌肉收缩必不可少，因此肌肉肌球蛋白的缺陷可预测地引起肌肉病变。肌球蛋白在听力过程中是必需的，因为它在立体睫毛的生长中起着重要作用，因此肌球蛋白的蛋白质结构缺陷会导致遗传性耳聋和非综合征性耳聋。

单纯的文字介绍会缺少真实感，这里附上一个马达蛋白的介绍视频，生动详细的模拟了其参与物质运输的过程，相信看完以后你会对神奇的细胞内分子活动更感兴趣。



备用：

求论文.论述中国肿瘤的临床用药发展趋势,并对地区性用药的特点做分析

1.传统抗肿瘤药物[2]
根据目前临床上使用的抗肿瘤药物的作用机理，可以大致将其分
为四类：直接作用于 DNA，破坏其结构和功能的药物；干扰 DNA 合成
的药物；抗有丝分裂的药物；基于肿瘤生物学机制的药物。
1.1 直接作用于 DNA 的药物
1.1.1 烷化剂类
作用机制。 从有机化学的角度看，烷化剂和 DNA 之间的反应，实
质是亲核取代反应。 烷化剂上有较好的离去集团，能在体内形成缺电
子的活泼中间体或其他具有活泼亲电性集团的化合物 ，DNA 中含有
富电子的集团(如氨基、巯基、羟基、羧基、磷酸基等)，在和 DNA 反 应
时，烷化剂或通过生成正碳离子的途径与 DNA 发生 SN2 反应，或直接
和 DNA 按 SN1 的方式进行烷基化，从而影响或破坏 DNA 的结构和功
能，使 DNA 在细胞增殖过程中不能发挥作用。
1.1.2 金属铂络合物
作用机制。 顺铂络合物进入肿瘤细胞后水解成水合物，该水合物
在体内与 DNA 的两个鸟嘌呤碱基 N7 位络合成一个封闭的五元螯合
环， 从而破坏了两条多聚核苷酸链上嘌呤基和胞嘧啶之间的氢键，扰
乱了 DNA 的正常双螺旋结构，使其局部变性失活而丧失复制能力。 反
式铂络合物则无此作用。
1.1.3 博来霉素类
作用机制。 博来霉素类抗肿瘤药物是一种天然存在的糖肽类抗肿
瘤抗生素，它直接作用于肿瘤细胞的 DNA，使 DNA 链断裂和裂解，最
终导致肿瘤细胞死亡。
1.2 干扰 DNA 合成的药物
1.2.1 作用机制
干扰 DNA 合成的药物又称为抗代谢抗肿瘤药物，通过抑制 DNA
合成中所需的叶酸、嘌呤、嘧啶及嘧啶核苷代谢途径，从而抑制肿瘤细
胞的生存和复制，导致肿瘤细胞死亡。
1.2.2 药物分类
叶酸拮抗物、嘧啶拮抗物、嘌呤拮抗物
1.3 抗有丝分裂的药物
作用机制：
药物干扰细胞周期的有丝分裂阶段 （M 期）， 抑制细胞分裂和增
殖。 在有丝分裂的中期细胞质中形成纺锤体，复制后的染色体排列在
中间的赤道板上，到有丝分裂的后期，这两套染色体靠纺锤体中的微
管及马达蛋白的相互作用向两极的中心体移动。 抗有丝分裂药物作用
于细胞中的微管，从而阻止了染色体向两极中心体的移动，抑制肿瘤
细胞的分裂和增殖[3]。
有丝分裂抑制剂与微管蛋白有很强的亲和力，这些抑制剂大多数
是从高等植物提取的天然产物及衍生物。
2.新型抗肿瘤药物
传统抗肿瘤药物都是通过影响 DNA 合成和细胞有丝分裂而发挥
作用的，这些肿瘤药物的作用比较强，但缺乏选择性，毒副作用也比较
大。 人们希望能提高抗肿瘤药物的靶向性，高度选择地打击肿瘤细胞
而不伤害正常组织。
随着生命科学学科的发展，有关肿瘤发生和发展的生物学机制逐
渐被人们所认识，抗肿瘤药物的研究开始走向靶向合理药物设计的研
究途径，产生了一些新的高选择性药物。
药物分类及作用机制：
靶向药物。 从抗肿瘤药物靶向治疗的角度看，可将其分为三个层
次：
第一层次：把药物定向地输入到肿瘤发生的部位，如临床上已采
用的介入治疗，这是器官水平的靶向治疗，亦称为被动靶向治疗。
第二个层次：利用肿瘤细胞摄取或代谢等生物学上的特点，将药
物定位到要杀伤的肿瘤细胞上，即细胞靶向，它带有主动定向的性质。
如利用瘤细胞抗原性质的差异，制备单克隆抗体(单抗[4])与毒素、核素
或抗癌物的偶联物，定向地积聚在肿瘤细胞上，进行杀伤，效果较好[6]。
第三个层次：分子靶向，利用瘤细胞与正常细胞之间分子生物学
上的差异，包括基因、酶、信号传导、细胞周期、细胞融合、吞饮及代谢
上的不同特性， 将抗癌药定位到靶细胞的生物大分子或小分子上，抑
制肿瘤细胞的生长增殖，最后使其死亡。
血管抑制剂药物的发展。 肿瘤生长必须有足够的血液供应，在癌
发展和转移的过程中新的血管生长是必要的条件[3]。 新的血管生成涉
及到多种环节， 例如在血管内皮基底膜降解时金属蛋白酶活性增加。
血管内皮细胞增殖、重建新生血管及形成新的基底膜时有许多生长调
节 因 子 参 与 ， 包 括 纤 维 生 成 因 子 (FGF)、 血 管 内 皮 细 胞 生 长 因 子
(VEGF)、血小板源性生长因子(PDGF)、血管生成素(Angiogenin)及转化
生长因子(TGF)。 它们能促进新生血管的生成，使 DNA 合成增加。 另有
一些调节因子能抑制血管内皮的生长，如血管抑素、 内皮抑素、干扰
素 α 和干扰素 γ 等。 针对上述不同的环节及有关靶点，已研发出多种
血管生成抑制剂，例如对金属蛋白酶有抑制作用的 Marimastat，抑制血
管内皮生长的内皮抑素 Endostatin，抑制整合蛋白识别的 Vitaxin 抗体
及非特异性抑制剂反应停等。 此类新药进入临床试用的已有数十种，
对多种肿瘤及肿瘤转移显示出治疗效果，它们与常用抗癌药合用时能
提高疗效，但其确切疗效仍需临床验证的最后报告。
3.抗肿瘤药物的发展前景
3.1 靶向抗肿瘤药物将继续不断发展
3.2MDR（多药耐药）逆转剂
MDR（耐药性）是导致肿瘤化疗失败的最重要的原因，是肿瘤化疗
的一大难点，因此寻找发展 MDR（多药耐药）逆转剂是非常必要的，或
者加用两种或更多种抗肿瘤靶向药物可能会进一步提高传统细胞毒
化疗方案的抗肿瘤效果[4]。
3.3 抗肿瘤转移药物
临床诊断的肿瘤患者大约有 50%以上的已经发生了转移，而大部
分癌症患者最后都死于转移，因此研究开发抗肿瘤转移药，如肿瘤转
移多肽抑制剂、肿瘤细胞水解酶抑制剂也是必须的。 吕彦恩等人通过
对 IL-2 基因修饰的细胞毒 T 淋巴细胞抗肿瘤效应的研究得出如下结
论：IL-2 基因转染的 CTL 过继回输，可直接杀伤和诱导激活机体特异
性抗肿瘤免疫反应，使体内抗肿瘤效果显著增强，有效抑制实验性肺
转移瘤的生长[5]。
3.4 基因治疗
2002 年 10 月 7 日诺贝尔生理、医学奖授予的发现项目是：“细胞
程序性死亡”是由基因控制的。 这项发现使得人们认识到，随着基因导
入系统、基因表达的可控性的深入研究以及更好更多的治疗基因的发
现，人们可以通过导入野生型抑癌基因、自杀基因、抗耐药基因及反义
寡核苷酸、肿瘤基因工程瘤菌等来治疗癌症[3]。 基因治疗将会成为综合
治疗恶性肿瘤一种极为有效的方法。
4.总结
传统抗肿瘤药物虽然作用比较强，但是特异性较差，毒副作用较
大， 因此， 它在今后的抗肿瘤药物市场中所占比列将会日益下降；同
时，具有靶向功能的抗肿瘤药物在今后很长一段时间内将占据市场很
大的份额；而基因治疗手段还需要进一步研究。

研究人员开发出突破性“光镊”技术：将有助于推进生物医学研究

据外媒报道， 由悉尼 科技 大学(UTS)生物医学材料和设备研究所的研究人员开发的光镊技术的重大进展将有助于推动生物医学研究。 就像《星球大战》中的绝地武士使用“原力”来控制远处的物体一样，科学家也可以使用光或“光力”来移动非常小的粒子。这种被称为“光镊”的开创性激光技术的发明者曾获得了2018年诺贝尔物理学奖。

光镊在生物学、医学和材料科学中被用于组装和操纵纳米粒子如金原子。然而，该技术依赖于被捕获粒子的折射率和周围环境的差异性。

现在，科学家们则发现了一种新技术，它可以操纵跟背景环境具有相同折射特性的粒子从而克服了一项基本的技术挑战。

“这一突破具有巨大的潜力，尤其是在医学等领域，”来自UTS的论文首席合著者Fan Wang博士说道，“推动、拉动和测量细胞内微观物体如DNA链或细胞内酶的力量的能力可能会推动对许多不同疾病的理解和治疗，比如糖尿病或癌症。”

“用于操纵细胞的传统机械微探针具有侵袭性，且定位分辨率非常低。他们只能测量细胞膜的硬度，而不能测量细胞内分子马达蛋白的力，”Wang继续说道。

研究小组开发出的独特方法通过掺杂稀土金属离子的纳米晶体来控制纳米粒子的折射特性和发光。

克服了这第一个基本挑战后，该团队优化了离子的掺杂浓度从而以更低的能量水平捕获纳米粒子并将效率提高了30倍。

另一位研究员Xuchen Shan说道：“传统上，你需要数百毫瓦的激光功率来捕获一个20纳米的金粒子。有了我们的新技术，我们可以用几十毫瓦的功率就能捕获一个20纳米的粒子。我们的光镊还为水溶液中的纳米粒子达到了创纪录的高度灵敏度或‘硬度’。值得注意的是，跟老方法相比，这种方法产生的热量可以忽略不计，所以我们的光镊有很多优点。”

来自新南威尔士大学的Peter Reece博士也是这项研究的论文主要合著者，他称这项概念验证研究对于生物研究人员来说是一个越来越复杂的领域的重大进步。

“开发一种高效的纳米力探针的前景是非常令人兴奋的。我们的希望是，力探针可以标记到目标细胞内结构和细胞器上从而实现对这些结构的光学操纵。”

UTS生物医学材料与设备研究所(IBMD)所长、主要伦恩合著者之一Jin Dayong教授则表示，这项工作为细胞内生物力学的超分辨率功能成像开辟了新的机会。“IBMD的研究重点是将光子学和材料技术的进展转化为生物医学应用，而这种类型的技术开发跟这一愿景非常一致...一旦我们回答了基本的科学问题并发现了光子学和材料科学的新机制，我们就会着手应用它们。这项新进展将使我们能够使用低功耗和低侵入性的方法捕获纳米级物体如活细胞和细胞内隔间用于高精度操作和纳米级生物力学测量。”