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第五届金属组学国际研讨会大会报告(二)

2015.9.10

  分析测试百科网讯 2015年9月9日-12日,第五届金属组学国际研讨会在北京西郊宾馆召开,会议由中国科学院科院高能物理研究所、清华大学共同主办,来自世界各地的近200位金属组学领域的专家学者汇聚一堂,探讨金属组学的最新进展及未来展望。

  9月10日下午,大会报告精彩依旧,马萨诸塞大学Michael J. Maroney、蔚山国家科学技术研究所Mi Hee Lim、格拉茨大学Kevin A. Francesconi、徳岛文理大学Toshiyuki Fukada、中国科学技术大学Yangzhong Liu、维也纳大学Christian G. Hartinger、北大学王建华、全球健康和医学中心Mari Shimura、北京大学Xiao  -G a i Yang、阿伯丁大学John H. Beattie、北京大学Xiaoda Yang、安捷伦科技公司应用工程师Juane Song、东岛津公司Le Yang对金属组学相关问题进行了介绍。

马萨诸塞大学 Michael J. Maroney

  马萨诸塞大学Michael J. Maroney的报告题目是《Is H. pylori HypA a Nickel Traffic Cop?》,HYPA是幽门螺旋杆菌中镍的交通警察?

  Michael J. Maroney介绍,镍在运输蛋白质时必须能够区分镍和其他金属离子所具有的物理和化学特异性,从而避免生物反应和干扰。过渡金属一般都有这样的情况,但是参与这一金属识别的机制尚不清楚,虽然蛋白质变异和氧化还原-相关结构变化是已知的发挥重要作用的因素,因为一些酶需要镍的活动,但是那是相对简单的运输模式,镍的运输是一个很有吸引力的区分金属离子的模型系统。此外,由于许多细菌性病原体(例如,幽门螺旋杆菌)需要镍,哺乳动物有没有已知的特定的镍,也是一个很好的靶向细菌的抗生素策略。

  HYPA是镍的金属伴侣蛋白,用来提供氢化镍。然而,在幽门螺旋杆菌中,HYPA扮演着双重角色,是使镍供应脲酶和氢化镍至关重要的因素-这是在酸性条件下存活必需的两种酶。 HYPA还是HYPB氢化酶形成蛋白质的途径与UreE脲酶的成熟途径。通过诱变,以射线吸收光谱法作为金属结构探针监测酶活性和酸活性的实验,可以发现特定金属结合的几个功能。

蔚山国家科学技术研究所(UNIST) Mi Hee Lim

  蔚山国家科学技术研究所(UNIST)Mi Hee Lim的报告题目是《Multiple,interconnected pathological factors (metals, amyloid-β & reactive oxygen species) in Alzheimer’s disease》,报告介绍了在阿尔茨海默氏病中多个互联病理因素,金属、β淀粉样、活性氧等。

  阿尔茨海默病(AD)是一种致命性的神经退行性疾病,并且难以医治,全世界患者有2400万人。Mi Hee Lim介绍,AD的主要病理特点是在脑中的淀粉样蛋白-β(Aβ)斑块。这些蛋白质聚集的形成机制以及它们与老年痴呆症之间的因果关系尚不清楚。AD患者脑中另外一个现象是有积累的金属离子,已经证实的是Aβ聚集体和死亡的神经元。Mi Hee Lim团队开发了能够专门针对相关金属的化学工具和方法,该化学工具能够在活细胞中调节金属诱导一种体外诱导细胞的聚集和神经毒性,并随着AD小鼠的认知进步改善模型。

格拉茨大学Kevin A. Francesconi

  格拉茨大学Kevin A. Francesconi的报告题目是《On the biosynthesis of arsenic-containing lipids》,报告中介绍了脂质砷的生物合成。

  虽然脂溶性砷已经于20世纪20年代在海洋样品中首次报道过,但是关于其结构和分布在80年后才被发现。2008年以后,含砷结合脂肪酸的新型脂质体,脂肪醇、碳氢化合物和磷脂基于质谱数据都已被确定。这些化合物统称为砷脂,最近研究表明,其中很大一部分带有细胞毒性。在对其进行毒性鉴定和研究中,砷脂的生物合成途径也一直被关注着。Kevin A. Francesconi的报告首次概述了通过各种方法阐明砷脂的生物合成,包括最近的一些结果。

徳岛文理大学Toshiyuki Fukada

  徳岛文理大学Toshiyuki Fukada的报告题目是《Zinc signaling in physiology and pathogenesis》,在报告中介绍了锌在生理和发病机制中的作用。

  各种细胞功能都需要锌,锌的稳态异常会导致许多健康问题,包括生长发育迟缓、骨稳态受损、神经功能障碍和免疫缺陷。Toshiyuki Fukada团队最近几个研究进一步证明,锌稳态在生理和疾病发生中会起到重要作用,而锌的信号介体已被确认为“锌信号”,它控制锌转运体与金属硫蛋白的渠道。分子、生理和遗传研究的进展也积累了证据证明锌信号通过细胞调节关系着健康和疾病状况。锌信号会选择性地控制细胞内信号,是一个细胞功能的关键监测因素,它将成为进一步了解锌平衡生理作用和人类疾病的焦点。

中国科学技术大学Yangzhong Liu

  中国科学技术大学Yangzhong Liu的报告题目是《Proteins in the Mechanism of Metallodrugs》,介绍了金属药物机制中的蛋白质。

  铂化合物是一种应用广泛的抗肿瘤药物。DNA是铂抗肿瘤药物的目标靶点,但是细胞内的铂只有一小部分与DNA结合。蛋白质在药物吸收中起着重要的作用,而且对DNA药物的外排,也可确定药物的功效和性能。含硫蛋白质比铂类药物对DNA的反应更顺畅。铜蛋白对铂化合物反应高,因为Cu(I)和铂(II)有相似的配位化学性。通过观察发现在与蛋白质有关的细胞动态平衡化学反应中,铜也有可能参与铂化合物的代谢途径。铜伴侣蛋白COX17也有助于将铂传送到线粒体,而这种传送也增加了铂化合物的整体毒性。此外,SP1转录因子也调节一系列基因的表达,包括癌基因。抗肿瘤活性反式铂配合物trans  -PtCl 2 (NH 3 )(Tz),可以在SP1中与锌指结构域反应,干扰Sp1在体外和在细胞中的功能。除了金属蛋白,其它蛋白,如内含肽,也可以结合靶向的铂药物改变它们在细胞中的生物学功能。

维也纳大学Christian G. Hartinger

  维也纳大学Christian G. Hartinger的报告是《Anticancer Metallodrug Development: Towards Intracellular Target Identification Beyond DNA》,报告介绍了金属抗癌药物的发展,超越DNA的细胞内目标识别。

  铂抗癌药物分子的靶点已被确定为是DNA。但是新一代的金属药物经常将蛋白质设为靶点而非DNA,分子靶点难以捉摸的性质经常阻碍临床医学的发展。细胞中庞大的蛋白质数量使鉴定配位结合变得异常艰难,特别是金属配合物倾向于在多种氨基酸供应电子原子配位体下反应。我们利用了生物素-亲和系统来解决这个问题,在已知其高结合常数的条件下,负载Ru(芳烃)(1,3,5-三氮杂-7-磷代金刚烷)(RAPTA)的药效确定化学蛋白质组学方法中肿瘤细胞识别蛋白靶点的研究。利用这种方法我们设计并制备了具有药效的亲和探针,广泛对其稳定性进行测试,结合蛋白质和链霉生物素的结合位点,并比较了生物活性和RAPTA-C的成分。比较细胞裂解液前后有竞争力的癌细胞结合的质谱数据,发现RAPTA与一些癌症相关蛋白有相互作用,这些癌症相关的金属结合蛋白与所观察到的抗肿瘤转移有关,rapta药物的抗血管生成和抗增殖活性。一些命中的蛋白质已被作为补充实验的靶点,如组蛋白,这也证实了这种方法的有效性。

安捷伦科技公司应用工程师Juane Song

  安捷伦科技公司应用工程师Juane Song对安捷伦8800 ICP-MS/MS进行了介绍。

  安捷伦8800 ICP  -MS/ MS可以测量生命科学领域的重要元素硫和磷。仪器拥有着非常低的检出限,因此ICP  -MS/ MS能在生命科学领域中起到重要作用。其中分子质谱已被普遍使用:1)没有具体标准,能直接做一般蛋白质的绝对定量。2)在不同部位有针对性地评估蛋白磷酸化程度。3)为高灵敏度的硫同位素比值分析打开大门:比如新陈代谢研究和同位素稀释。

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东北大学王建华

  东北大学理学院王建华教授的报告题目是《Biomass-Metal Interactions for Selective Sample Pretreatment》,在报告中介绍了生物质—金属相互作用的选择性样品前处理。

  报告中介绍了选择性镉吸附的金属硫蛋白,通过镉吸附的细菌表面工程用金属结合肽,选择吸附的铬(Ⅲ)绑定噬菌体筛选等。从复杂的矩阵分析中获取准确信息是一个关键问题。选择性分离是消除基体效应的理想途径。天然生物质已经在重金属吸附中得到了应用。然而,大多数吸附剂保留分析物都会通过非特异性相互作用。在自然界中,高等生物分泌金属结合蛋白对某些微生物进化蛋白金属的选择性很高。金属-特异性蛋白的表达能有效地提高金属靶向的选择性。王建华介绍,他们已经在论证的基础上通过噬菌体展示了肽库产生选择性吸附的演化方法。选择铬(Ⅲ)作为模型目标,固定铬(Ⅲ)的树脂,用Ni  -NTA亲和树脂与NEB七肽噬菌体相互作用进行制备。通过几次对目标铬(III)以及对外金属物质和负面的生物的筛选,Cr(III)得到具有高选择性结合的噬菌体,它具有对铬(III)的选择性吸附的潜力。

全球健康和医学中心Mari Shimura

  全球健康和医学中心Mari Shimura《Visualization of Intracellular Elements by Scanning X-ray Fluorescence Microscopy -Application for Cell Biology and Medicine》,介绍细胞生物学和医学的应用:用扫描法显示细胞内细胞成分

  元素对于健康的身体来说是必不可少的。科学已经能在分子水平上检查蛋白质和核酸,但是细胞内分布的元素和它们的功能依然很难理解。Mari Shimura介绍,他们开发了一个扫描X射线荧光显微镜系统(SXFM),能够可靠地确定在高空间分辨率内多个元素细胞分布。细胞内元素的可视化和动力学可以让我们更好地洞察元素在分子水平的行为,这也将促进其他领域的发展,如蛋白质和核酸的研究。报告在单细胞水平上介绍SXFM在细胞生物学、医学和多元素中的应用。

北京大学Xiao  -G a i Yang

  北京大学Xiao  -G a i Yang的报告题目是《How the innate immune system responds to rare earth phosphates》,讲述了天然免疫系统对稀土磷酸盐的反应。

  稀土元素(REE)已经得到广泛的发展和应用,但在一些食品中稀土元素含量超过国家标准的情况很严重,稀土元素对人体健康的影响已经引起人们的关注。评估稀土元素危害性的关键是确定靶器官以及敏感生物标志物。解决上述问题依赖于工作物种和稀土元素的作用模式。以往的研究已经表明,任何给药途径的稀土元素,都会在身体里沉积成稀土磷酸盐颗粒。因此,先天免疫系统应主要应对这些颗粒。Xiao  -G a i Yang在这里第一次报告,稀土元素可以由先天免疫系统识别并诱导成磷酸盐的形式。它们随着自然不溶性的氧化物、氢氧化物和碳酸盐颗粒,引起强烈的炎性NLRP3活化,IL  -1β通过一个离子通道的活动独立生产蛋白酶B。并且目前的研究结果表明,稀土磷酸盐诱导的炎症可能最终导致肺纤维化。因此,对免疫系统产生的生物沉积作用产生的结果,也就是长期积累低剂量稀土的潜在毒性应高度重视。目前的结果提供了确定行动模式的基础数据,对靶器官和敏感生物标志物的鉴定也可以提供科学依据。

阿伯丁大学John H. Beattie

  阿伯丁大学John H. Beattie的报告题目是《Zinc nutrition in vascular cell function and health》,介绍了锌营养在血管细胞功能和健康中的作用。

  血管功能是由身体产生的因子和激素调节的,但也受到从食物吸收的营养成分直接影响。尽管现在营养直接或间接影响血管健康还存在一些怀疑,但我们最近发现了轻度缺锌会使大鼠的血管平滑肌细胞发生显著响应。即使血管的表面形貌和结构保持完整,大鼠血管平滑肌细胞(rVSMCs)依然死亡。rVSMCs与血浆缺锌的大鼠的免疫反应相关的基因上调有关,并且现在已经推广到人类的血管平滑肌细胞。其响应模式是相似的,都是与免疫反应相关的基因表达上调有关。表明低分子量(2 kDa)的体液因素是负责这一生物促进作用的,据推测它可能受其他类型的细胞或组织的影响。报告中阐述,锌和锌缺乏可直接或间接影响血管功能。

北京大学Xiaoda Yang

  北京大学Xiaoda Yang的报告题目是《The Mechanisms of Pharmacological and Toxicological Actions of Anti-diabetic Vanadium Compounds》,介绍了药理学的作用机制和抗糖尿病钒化合物的毒理作用。

  钒化合物是有希望的抗糖尿病剂。钒化合物能够抑制蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP1B),增强胰岛素的作用,而且也可以通过其他的信号途径来来保护细胞,例如激活PPARs-AMPK信号,和监测未折叠的蛋白质反应。调查钒化合物的分子靶目标发现钒离子与热休克蛋白紧密结合,诱导热休克蛋白与转译因子之间的蛋白反应。我们预测钒诱导的蛋白与热休克蛋白家族之间的相互作用将会在修正胰岛素抗性和细胞的免疫反应中扮演一个重要的角色;而后者将会与钒诱导的细胞保护和长期的肾功能改变有关。因此,未来钒离子或者是化合物与热休克蛋白之间的相互作用的金属组学的研究将会是抗糖尿病的钒药物成功的关键。

岛津公司Le Yang

  岛津公司Le Yang介绍了岛津公司用于金属组学的分析仪器。岛津公司为金属组学提供强大的分析工具,包括ICP-MS,ICP-OES,LC,LCMSMS,XRF,MALDI-TOF和成像质谱显微镜,这些都被广泛应用于金属组学的各个方面。报告中简要介绍了这些产品在金属组学方面的应用。

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