武汉病毒所在人博卡病毒结构蛋白表达调控方面取得新进展,大连化物所等在人工光合成太阳燃料研究方面取得新进展

近日,中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室及太阳能研究部研究员李灿与福州大学化学学院教授王绪绪课题组合作发展了一种固态Z-机制复合光催化剂,在可见光下将H2O和CO2高效转化为甲烷,实现了太阳能人工光合成燃料过程,研究论文以Visible-Light
driven overall conversion of CO2 and H2O to CH4 and O2 on 3D-SiC@2D-MoS2
heterostructure
为题,在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc.必威官网,)上发表。

人博卡病毒隶属于细小病毒科博卡病毒属,具有单链的线性DNA基因组,长度为5-6
kb,病毒颗粒大小约为25
nm。人博卡病毒有四个亚型,其中I型博卡病毒感染后将引发人类多种呼吸道相关疾病,严重如肺炎、急性哮喘将导致患者死亡,而抗病毒疫苗的研发还未取得有效进展。

肿瘤化疗是利用化学药物直接杀伤肿瘤细胞或抑制肿瘤细胞增殖的一种治疗方式,是目前肿瘤治疗的最有效方法之一。然而,药物分子的靶向性缺失和肿瘤细胞的抗耐药性极大限制了化疗药物在肿瘤治疗中的功效,也不可避免地引起了机体的副作用。近年来,肿瘤环境特异响应的智能纳米药物递送系统在降低化疗副作用、提高肿瘤疗效等方面显示了巨大的应用潜力,如何设计生物相容性良好、集成肿瘤成像和高效化疗为一体的智能纳米药物递送系统是当前肿瘤诊疗研究的一个重大挑战。

人工光合成太阳燃料指利用太阳能等可再生能源通过光催化、光电催化或电催化将水和二氧化碳转化为化学燃料的过程,该过程模拟自然光合作用,是人类从根本上解决能源和环境问题的途径之一,也是科学界圣杯式的难题,面临巨大的挑战。

HBoV1通过基因组左端启动子P5进行转录,经过RNA可变剪接及加工形成不同的成熟mRNA,继而进行病毒蛋白的表达。HBoV1主要表达非结构蛋白NS1-4和NP1,以及结构蛋白VP1-3。通过兔网织红细胞体外共转录与翻译系统对HBoV1结构蛋白进行体外表达,中国科学院武汉病毒研究所研究人员确定了结构蛋白VP1-3可由含有VP1开放阅读框的转录子进行可变翻译同时得到表达。进一步在真核细胞表达系统内研究证明这一可变翻译过程依赖于uATG调控的核糖体翻译复合体扫描渗透过程。

在国家自然科学基金杰出青年科学基金、科技部“973”计划、中国科学院战略性先导科技专项和创新国际团队项目等支持下,中科院福建物质结构研究所功能纳米结构设计与组装重点实验室陈学元研究小组和福州大学食品安全与生物分析教育部重点实验室杨黄浩研究小组合作,支持“率先行动”联合资助优秀博士后项目获得者宋晓荣等利用核壳结构CdSe@ZnS荧光量子点和植物多酚丹宁酸的自组装构建了一种新型智能量子点组装体,并通过负载化疗药物实现了肿瘤的高效治疗。该智能纳米组装体显示了优异的生物相容性,同时展示了三磷酸腺苷特异性响应的解组装性能,并可以利用解组装后量子点的荧光增强信号实现对解组装过程的监控。由于肿瘤细胞的无限增殖和大量糖酵解过程,肿瘤细胞内的ATP水平比正常细胞高出约10倍。研究人员进一步将化疗药物阿霉素负载到智能组装体中,并基于此智能纳米药物实现了肿瘤细胞特异性的药物递送。特别地,该智能纳米药物能够引起细胞内ATP水平的降低,并激发肿瘤细胞的化疗增敏性,从而大大提高肿瘤细胞的化疗效果。最后,研究人员在小鼠肿瘤模型上证实了智能纳米药物能够完全抑制小鼠肿瘤的生长或消除肿瘤,并且由于组装体在解组装后能够有效地从肝、肾等组织排出机体,治疗组小鼠没有发生任何副作用。该研究结果不仅发展了一种简单构建生物相容性良好的智能纳米药物递送系统的方法,同时利用肿瘤特异性的药物递送和肿瘤的化疗增敏实现了机体无副作用的肿瘤高效治疗。该工作将为智能纳米药物递送系统的开发提供新的思路,并将加快肿瘤的高效诊疗研究。相关结果10月26日在线发表于《先进科学》(Adv.
Sci.
2018, 1801201. DOI: 10.1002/advs.201801201)。

人工光合成太阳燃料过程有若干反应,其中,太阳能+CO2+2H2O→CH4+2O2为涉及8个电子的多步反应,是最具挑战性的一个反应。迄今虽然有大量文献报道了该反应,但反应效果都不理想。此外,近年虽然不少文献报道了光催化产生CH4反应,但这类反应大多是在有牺牲剂存在情况下取得的结果,并没有检测到释放氧气或检测到的氧气量远低于化学计量比,所以这不是真正意义上的太阳能转化为化学能的反应。因此,将水计量地氧化为氧气并同时将二氧化碳高效还原为甲烷的光催化过程才是实现真正意义上的太阳能到化学能的转化。

mRNA上5’UTR对于蛋白的表达具有重要的调控意义。除了位于HBoV1的R6转录子5’UTR中第四个外显子内的uATG所形成的uORF对于结构蛋白VP1-3的表达比例有重要的调控作用外,研究人员也证实了uATG的缺失突变导致HBoV1的mRNA加工过程发生改变,更多的mRNA选择在p位点切割而非通读下去选择d位点。此外,5’UTR中另一段序列对于结构蛋白mRNA的生成有着不可或缺的调控作用,缺失或截短都导致结构蛋白mRNA丰度的降低,继而降低结构蛋白的翻译。

此前,陈学元团队在稀土荧光生物探针和肿瘤诊疗纳米药物的设计、合成及应用中已取得系列进展。例如,发展了高效ZrO2:Tb和LiLuF4:Yb,Tm等多层核壳结构发光稀土纳米晶,实现肿瘤细胞的靶向荧光成像(J.
Am. Chem. Soc.
2012, 134, 15083-15090;Angew. Chem. Int. Ed. 2014,
53,
12498-12502);研制了基于NaLuF4:Gd/Yb/Er@SiO2的中空核壳结构多功能稀土纳米诊疗药物,通过有效负载光敏剂,实现了肿瘤靶向的上转换光动力治疗和CT/上转换荧光双模成像(Angew.
Chem. Int. Ed.
2015, 54, 7915-7919)。

相关文章

This entry was posted in 科学研究 and tagged , , , , , , , , , , , . Bookmark the permalink.

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注