PNAS－楊弋等－二硫鍵蛋白質組學研究

我國二硫鍵蛋白質組學的研究取得新突破。近日出版的《美國科學院院刊》（PNAS），發表了華東理工大學生物反應器工程國家重點實驗室及藥學院教授楊弋、哈佛大學醫學院教授Joseph Loscalzo合作完成的論文《哺乳動物細胞中線粒體對二硫鍵蛋白質組的調節》。
 
這項研究成果，對了解二硫鍵的形成及其對生命的調控，以及相關重大疾病機制研究與治療具有重要意義。
 
兩位審稿人對該研究結果給予肯定評價：“論文作者建立了一個新的并且十分有效的方法來對細胞內二硫鍵進行成像，并發現線粒體產生的活性氧分子直接參與了細胞表面的二硫鍵形成。該研究非常重要，實驗工作十分詳盡并令人印象深刻。該研究將改變我們對線粒體在基于二硫鍵的信號轉導和蛋白質折疊的理解。”“作者首次漂亮地顯示了線粒體來源的活性氧參與細胞表面蛋白質二硫鍵形成，并通過這一新機制調節了這些蛋白質的折疊與轉運。”
 
據專家介紹，二硫鍵是指蛋白質內兩個半胱氨酸殘基之間自然形成的橋鍵，其形成是細胞內蛋白質合成過程中的一個關鍵步驟。然而，長期以來人們一直不能直接在細胞內觀察二硫鍵的形成，有關二硫鍵蛋白質組的形成與細胞功能關系的研究領域進展緩慢。針對這一關鍵技術的國際空白，楊弋建立了一種靈敏、特異性的熒光標記方法，首次通過成像方法成功觀察到細胞內二硫鍵的位置與水平。利用這種方法，他們在細胞對蛋白質二硫鍵的調控研究上獲得突破性進展，發現伴隨線粒體呼吸產生的活性氧被細胞利用形成細胞表面蛋白質中的二硫鍵。而線粒體這一細胞“能量工廠”功能的改變，可以影響二硫鍵的水平，進而調節這些蛋白質的折疊、轉運及功能。
 
長期以來，人們通常認為二硫鍵是固定的、結構性的蛋白質化學修飾，而不像蛋白質磷酸化那樣高度動態，并且參與細胞信號轉導、調節細胞功能。但近期研究發現，少數定位在還原性的細胞漿中的蛋白質也會受細胞氧化還原狀態影響形成暫時的二硫鍵，從而影響蛋白質功能與細胞性狀。楊弋等的研究將這種調節性二硫鍵的范圍，擴展到最主要的二硫鍵蛋白質組，即細胞分泌途徑蛋白質組。

延伸報道 生物通 

在6月26日的《PNAS》上，來自中國華東理工大學生物反應器工程國家重點實驗室楊弋、哈佛醫學院的宋艷麗（Yanli Song,音譯）和Joseph Loscalzo（文章的通訊作者）公布了他們有關蛋白質二硫鍵形成研究的最新發現。該論文的題目為《哺乳動物細胞中線粒體對二硫鍵蛋白質組的調節》。

文章檢索信息：

PNAS | June 26, 2007 | vol. 104 | no. 26 | 10813-10817
BIOLOGICAL SCIENCES / BIOCHEMISTRY
Regulation of the protein disulfide proteome by mitochondria in mammalian cells
Yi Yang*, 

 這項研究成果，對了解二硫鍵的形成及其對生命的調控，以及相關重大疾病機制研究與治療具有重要意義。

細胞中大部分的蛋白質二硫化作用都被認為是一種蛋白質功能的重要惰性結構決定因子，而非動態調節因子。

在這項新的研究中，研究人員證實蛋白質中的一些二硫鍵還受到具有功能性影響作用的氧化還原狀態的調節。他們發現，哺乳動物細胞中由線粒體產生的活性氧被細胞用于促進細胞表面蛋白的二硫鍵的形成，以及折疊和轉運。

線粒體活性氧產生受到抑制時，蛋白質的二硫化過程也受到抑制并且誘導產生還原壓力，從而導致一類細胞表面含二硫鍵蛋白功能的喪失和功能維持。

這些數據支持了有關兩類亞蛋白質組構成二硫化物蛋白質組的理論。二硫化物蛋白質組是一種結構基團，并且是一種對氧化還原很敏感的基團。

 兩位審稿人對該研究結果給予肯定評價：“論文作者建立了一個新的并且十分有效的方法來對細胞內二硫鍵進行成像，并發現線粒體產生的活性氧分子直接參與了細胞表面的二硫鍵形成。該研究非常重要，實驗工作十分詳盡并令人印象深刻。該研究將改變我們對線粒體在基于二硫鍵的信號轉導和蛋白質折疊的理解。”“作者首次漂亮地顯示了線粒體來源的活性氧參與細胞表面蛋白質二硫鍵形成，并通過這一新機制調節了這些蛋白質的折疊與轉運。”

 二硫鍵是指蛋白質內兩個半胱氨酸殘基之間自然形成的橋鍵，其形成是細胞內蛋白質合成過程中的一個關鍵步驟。然而，長期以來人們一直不能直接在細胞內觀察二硫鍵的形成，有關二硫鍵蛋白質組的形成與細胞功能關系的研究領域進展緩慢。針對這一關鍵技術的國際空白，楊弋建立了一種靈敏、特異性的熒光標記方法，首次通過成像方法成功觀察到細胞內二硫鍵的位置與水平。利用這種方法，他們在細胞對蛋白質二硫鍵的調控研究上獲得突破性進展，發現伴隨線粒體呼吸產生的活性氧被細胞利用形成細胞表面蛋白質中的二硫鍵。而線粒體這一細胞“能量工廠”功能的改變，可以影響二硫鍵的水平，進而調節這些蛋白質的折疊、轉運及功能。

 長期以來，人們通常認為二硫鍵是固定的、結構性的蛋白質化學修飾，而不像蛋白質磷酸化那樣高度動態，并且參與細胞信號轉導、調節細胞功能。但近期研究發現，少數定位在還原性的細胞漿中的蛋白質也會受細胞氧化還原狀態影響形成暫時的二硫鍵，從而影響蛋白質功能與細胞性狀。楊弋等的研究將這種調節性二硫鍵的范圍，擴展到最主要的二硫鍵蛋白質組，即細胞分泌途徑蛋白質組。

楊弋

博士生導師 ，藥學院、生物反應器工程國家重點實驗室特聘教授。1973年4月出生。1990年由湖北省黃岡中學考入清華大學生物科學與技術系。1995年7月獲得學士學位。同時被推薦為本系直碩生。1997年9月因成績優異及論文工作突出，免試提前攻博。曾任校學生紅十字會會長，生物系研究生會主席，生物系科協主席。曾被評為清華大學十優秀研究生。獲得各項校內外重要獎學金，包括全國性的談家幀九源一等獎學金， 并獲得過北京市科技進步獎二等獎。畢業論文被評為清華大學優秀博士論文。

1999年獲博士學位后將赴美哈佛大學醫學院進行有關金屬硫蛋白的博士后工作, 2002年轉至波士頓大學醫學院，從事一氧化氮自由基生物學，巰基組學及心血管疾病的研究。

目前已在SCI收錄雜志發表論文15篇，其中在美國科學院院報第一作者發表論文2篇．在“國際酶學會議”，“全國生物物理年會”, “全美心臟學會議”以及“氧化性蛋白質翻譯后修飾專題會議”分別做口頭報告。

2005年成為哈佛醫學院及其附屬的Brigham & Women’s 醫院的 醫學講師（Instructor of Medicine）和生物化學副研究員。現為美國心臟學會，美國自由基生物及醫學學會會員。

主要研究方向

蛋白質組學研究：熟練掌握蛋白質二維電泳，凝膠內酶切及Maldi-Tof, LC-MSMS等蛋白質組學研究技術。

蛋白質提純與蛋白質化學及物理學：具有豐富的從動物組織及細菌中提取蛋白質的經驗。各種HPLC及 FPLC, SDS-PAGE, Native-PAGE, R/NR-PAGE, Western blot, 凝膠偏移, 超濾, 固相提取, 吸收光譜, 圓二色譜, 熒光光譜及動力學, 酶學動力學分析, 蛋白質化學修飾及鏈接, 蛋白質變性復性， 蛋白質翻譯后修飾分析。

組織培養: 具有培養30余種吸附及懸浮細胞秼的經驗，細胞增殖分析，細胞凋亡分析, 胞嘧啶吸收分析, 細胞周期同步及分析, 細胞分化, 細胞激活, 細胞遷移， 熒光圖象及動力學分析, 激光共聚焦圖象分析及三維圖象重構和去反卷積處理。

研究經歷

1994-1999 在清華大學生物系周海夢教授指導的分子酶學實驗室從事酶的結構與功能的研究。

1999-2002 哈佛大學醫學院生物化學生物物理及醫學中心，師從BL Vallee教授， 從事金屬硫蛋白的功能研究。

2002－2005 波士頓大學醫學院，師從J. Loscalzo教授，一氧化氮自由基生物學，蛋白質巰基組學及心血管疾病研究

2002-2004波士頓大學醫學院維特加心血管研究中心及埃文斯醫療系，在 J. Loscalzo教授實驗室進行蛋白質巰基亞硝化及蛋白質巰基組學的研究。

2005- 哈佛大學醫學院、Brigham & Women’s醫院，一氧化氮自由基生物學，蛋白質巰基組學及心血管疾病研究
在J. Loscalzo教授實驗室繼續以上研究。

生物反應器工程國家重點實驗室：

生物反應器工程國家重點實驗室于1989年6月經國家計委批準立項，1995年底通過國家驗收，1996年2月由原國家教委批復正式對外開放。2001年3月在生命科學國家和部門重點實驗室評估中，成績為良好。

實驗室依托華東理工大學。學術委員會主任為楊勝利院士，副主任為張嗣良教授和趙學明教授；實驗室主任為許建和教授，常務副主任為陳長華教授，副主任為譚文松教授和鮑杰教授。

實驗室現有固定研究人員49人，其中教授20人，博士生導師15名，研究生學歷超過80%，30人擁有博士學位。他們之中有1人獲得國家杰出青年基金，1人是教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授。2人入選教育部跨世紀優秀人才培養計劃，7人入選教育部高等學校青年骨干教師培養計劃。

生物反應器工程是生物技術的一門分支學科，也是化學工程學科最活躍的分支之一，它主要研究生物反應器中的各類生物反應及生物加工過程（包括微生物發酵、動植物細胞和組織培養工程、生物催化與生物轉化等）的特征與本質，過程優化和放大對生物反應器系統設計、操作和控制的要求，致力于研究并揭示生物反應器的設計放大規律、滿足過程需要的生物反應器系統強化優化策略，使有關生物過程能迅速而有效地從實驗室過渡到生產規模，或提高現有生產過程的生產效率。因此，生物反應器工程在生物技術產業化中發揮著不可替代的重要作用。

根據生物反應器工程學科發展特點及生物技術產業化迫切需要解決的關鍵工程學問題，本室分為三個研究方向，即生物過程工程(Bioprocess Engineering)、生物反應工程(Bioreaction Engineering)和生物過程檢測與控制(Bioprocess Monitoring and Control)。