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        蜂窩式能源審計揭示了能源生產者和消費者

        加利福尼亞州舊金山-2020年8月28日-傳統三磷酸腺苷(ATP)是一種細胞能源貨幣,對人體和美元對美國經濟的價值一樣高。在某些細胞類型中,ATP含量過高或過低都與多種疾病有關。但是,科學家對細胞如何在更大范圍內調節ATP水平以及在疾病情況下如何保護或恢復細胞的能量水平缺乏了解。

        現在,格拉德斯通研究所的研究人員已經進行了大規模而詳細的細胞能量審核。他們分析了人類基因組中的每個基因,以確定驅動能量產生或能量消耗的那些基因。結果是收集了稱為“ ATPome”的數據,這不僅為代謝研究領域提供了新的方向,而且還鑒定了可用于操縱細胞能量和治療疾病的基因和蛋白質。

        研究的資深作者Gladstone副研究員Ken Nakamura博士說:“基本上所有細胞功能都需要能量,但是在我們的研究之前,我們對水平失調后如何恢復細胞的能量知之甚少。”在線刊登在“自然通訊”雜志上。“我們的發現對治療多種疾病具有重要意義,包括帕金森氏病和阿爾茨海默氏病等神經退行性疾病,線粒體疾病,心臟病,糖尿病和癌癥。”

        當細胞需要能量時,它們會將您在食物中消耗的能量轉化為ATP分子。然后,細胞將ATP分子分解以釋放能量,該能量用于促進化學反應。如果細胞中的ATP不足,則會導致疾病。能量生產失調在某些癌癥中也可能起重要作用。但是缺乏對細胞如何調節能量的理解,使得很難在治療上針對這些能量失衡。

        在這項新研究中,Nakamura和他的同事利用了他們先前開發的篩選方法,該方法使用化學傳感器來量化單個細胞中存在的ATP。此外,他們轉向CRISPR基因編輯技術,選擇性地降低或提高人類基因組中幾乎每個基因的表達,一次一次。這樣,研究小組就可以測量改變每個基因對ATP水平的影響。他們在三種不同的代謝條件下重復了實驗,迫使細胞依靠不同的途徑產生ATP。

        這組實驗揭示了通過促進能量產生或減慢能量消耗來幫助增加細胞能量的新基因和途徑。它還表明,細胞的燃料來源是確定維持ATP水平所需的基因的關鍵因素。

        Gladstone博士后學者,該研究的第一作者,Neal Bennett博士說:“在進行這項研究之前,我們對能量的產生了解得多,而對能量的消耗卻了解得多。“更好地了解能量的消耗方式可能會導致真正新的調節能量異常的疾病中的ATP水平的方法。例如,在中風或心臟病發作的疾病中,細胞會嚴重缺乏能量供應,我們的研究可能會指出通過減少消耗的能量來暫時保持能量水平的方法。”

        該團隊還驚訝地發現了關鍵分子途徑HIF1的新作用。當細胞處于低氧條件下時,該途徑早就與ATP的產生有關。但是Nakamura的研究小組發現,即使在正常的氧氣條件下,HIF1途徑也能強烈抑制ATP的產生。這意味著在HIF1上剎車可能是增加線粒體能量產生的一種方法。

        Nakamura認為,他的小組生成的新ATPome數據庫可能對研究細胞能量在疾病中的作用的科學家具有深遠的意義。能夠操縱細胞能量可以幫助生物學家限制癌細胞可用的能量,或增加受神經變性影響的腦細胞中的ATP,以及其他治療應用。

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