《Science | CDK4/6 的活性需要在 G2 停顿期间进行,以防止应激诱导的内再复制》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-05-06
  • 2024年5月3日,约翰霍普金斯大学的研究人员在Science发表题为CDK4/6 activity is required during G2 arrest to prevent stress-induced endoreplication的文章。

    细胞周期事件由细胞周期蛋白依赖性激酶(CDKs)协调,以确保细胞的稳健分裂。CDK4/6 和 CDK2 通过响应有丝分裂原信号、促进 E2F 转录和抑制无性繁殖促进复合物来调节细胞周期的生长 1 期(G1)到合成期(S)的转变。

    该研究发现,在G2-停滞的细胞中仍需要这种机制来防止细胞周期在S期后退出。这一机制揭示了CDK4/6在维持G2状态中的作用,对细胞周期不可逆转以及细胞通过限制点后不需要有丝分裂原的观点提出了挑战。细胞从 G2 退出发生在核糖毒性应激期间,由应激活化蛋白激酶主动介导。应激解除后,相当一部分细胞进行了第二轮DNA复制,导致全基因组加倍。

  • 原文来源:https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi2421
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  • 《Cell:新研究表明TOP1抑制疗法可阻止新冠病毒诱导的致命炎症》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2021-04-12
    • 目前,由SARS-CoV-2冠状病毒引起的COVID-19大流行正在影响全球数百万人的生命,并对全球卫生系统和经济造成巨大负担。开发抗SARS-CoV-2的新疗法仍然是当务之急。在评估和分发预防措施的同时,迫切需要开发靶向SARS-CoV-2和具有治疗作用的药物,特别是针对COVID-19重症病例。大型回顾性研究表明,炎性细胞因子和促炎因子水平的升高与疾病严重程度和死亡率的增加有关。 减少感染时基因表达的诱导程度可能是开发针对与过度炎症相关的感染的新疗法的关键。为了了解SARS-CoV-2在感染过程中如何改变染色质功能和基因活性,在一项新的研究中,来自美国西奈山伊坎医学院等研究机构的研究人员在感染过程中进行了结构和表观遗传学的结合分析。相关研究结果于2021年3月30日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“TOP1 inhibition therapy protects against SARS-CoV-2-induced lethal inflammation”。 这些作者对表达人ACE2受体的A549细胞(下称A549-ACE2细胞)在感染SARS-CoV-2后的早期(8h)和晚期(24h)以及在未感染时进行Hi-C分析,结果发现随着感染的发展,细胞基因组的大部分改变它们的全局性相互作用图谱,最终在感染后的24h时间点上与活性(A)或非活性(B)区室相关的染色质发生较大的重新分配。他们还发现这种感染激活的宿主基因大多数是炎症性的。 他们随后发现拓扑异构酶I(TOP1)控制SARS-CoV-2诱导的基因表达反应。他们在A549-ACE2细胞中进行siRNA介导的TOP1敲降,TOP1敲降后的细胞对这种病毒表现出明显的转录反应,从而导致很多感染诱导的基因遭受选择性抑制。对TOP1敲降后下调的基因进行分析表明其中的很多基因参与炎症反应。进一步的实验表明剔除TOP1降低炎症基因IL-6、CXCL2、CXCL3、CXCL8、EGR1和TNFAIP3的表达。此外,利用一种获得美国食品药品管理局(FDA)批准的TOP1抑制剂---拓扑替康(topotecan, TPT)---处理感染SARS-CoV-2的A549-ACE2细胞,结果发现与利用siRNA进行TOP1敲降一样,TPT处理抑制IL-6、CXCL2、CXCL3、CXCL8、EGR1和TNFAIP3表达。不过与具有抗病毒活性的瑞德西韦不同的是,TPT并不抑制病毒复制,这表明它的活性在于抑制宿主基因表达。 接着,这些作者在叙利亚金黄地鼠感染SARS-CoV-2后第一天和第二天,分别用TPT(10mg/kg)和二甲基亚砜(DMSO,作为对照)处理这些地鼠。在感染后第4天和第6天对来自这些地鼠的肺部进行组织学和转录组分析。他们发现TPT抑制受感染地鼠肺部中的炎症基因表达,而且接受TPT处理的受感染地鼠肺部的基因表达谱类似于未受感染地鼠肺部。不同于二甲基亚砜处理的那样,TPT处理减少受感染地鼠中肺部损伤的病理特征,而且感染后第4天和第6天,它们的肺部没有明显的肺泡腔浸润、渗出或出血。此外,当将TPT剂量下降5倍至2mg/kg时,在SARS-CoV-2感染期间,TPT处理仍然能有效地抑制受感染地鼠中的炎症基因表达,缓解炎症诱导的病理特征。这一结果支持以下假设:TPT在体内抑制SARS-CoV-2诱导的肺部炎症。 为了测试抑制炎症是否会给感染SARS-CoV-2的K18-hACE2小鼠提供保护效果,这些作者开展三种不同的TPT处理方案:早期方案,在感染后第一天和第二天给送2mg/kg TPT;中期方案,在感染后第三天和第四天给送2mg/kg TPT;晚期方案,感染后第四天和第五天给送2mg/kg TPT。他们的结果表明早期方案和中期方案不能有效地降低SARS-CoV-2 感染引起的发病率和死亡率,尽管中期方案显著地延迟体重减轻的发生。而晚期方案给受感染小鼠提供显著的生存获益,而且显著改善受感染小鼠的发病率。正如预期的那样,TPT处理与受感染小鼠肺部的炎症基因表达遭受抑制相关。 他们在受感染的K18-hACE2小鼠中评估了TPT处理的长期影响。相比于DMSO处理的小鼠,TPT处理的小鼠在感染后存活了9周。DMSO处理的小鼠和TPT处理的小鼠在感染后5周具有类似的中和抗体活性,这表明TPT处理并不会负面地影响适应性免疫反应。这表明TPT处理抑制这些受感染小鼠的高炎症反应可以使其摆脱SARS-CoV-2的致命感染。 综上所述,这些结果支持TOP1抑制有潜力作为一种有效地对抗严重SARS-CoV-2感染的宿主靶向疗法。TPT及其衍生物是大多数国家可获得的廉价的临床级抑制剂。还需要开展临床试验来评估重新利用TOP1抑制剂治疗人类重症COVID-19的疗效。
  • 《自组装纳米纤维可以防止炎症损伤》

    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2021-04-17
    • 纳米医学于2021年4月14日发布关于纳米纤维的内容,文章指出杜克大学(Duke University)的生物医学工程师已经开发出一种自组装纳米材料,可以通过激活免疫系统中的关键细胞来帮助限制炎症疾病造成的损害。在银屑病小鼠模型中,基于纳米纤维的药物已被证明能像金标准疗法一样有效地减轻炎症损伤。 炎症性疾病,如风湿性关节炎、克罗恩病和银屑病的一个特征就是产生过量的信号蛋白,即引起炎症的细胞因子。最重要的炎症因子之一是一种叫做TNF的蛋白质。目前,治疗这些疾病的最佳方法是使用人造抗体,即单克隆抗体,这种抗体旨在靶向并摧毁肿瘤坏死因子,减少炎症反应。 虽然单克隆抗体能够更好地治疗炎症性疾病,但这种疗法也并非没有缺点,包括成本高和患者需要定期自己注射。最重要的是,这些药物的功效也不均衡,因为它们有时可能根本不起作用,或者最终在人体学会制造抗体来破坏所制造的药物时停止工作。 为了规避这些问题,研究人员一直在探索免疫疗法如何帮助教会免疫系统产生自己的治疗性抗体,从而特别限制炎症。 杜克大学(Duke University)生物医学工程教授乔尔·科利尔(Joel Collier)表示:“我们本质上是在寻找利用纳米材料诱导人体免疫系统成为抗炎抗体工厂的方法。”“如果这些治疗成功,患者需要更少剂量的治疗,这将理想地提高患者的依从性和耐受性。这将是治疗炎症性疾病的一种全新方式。” 在他们4月5日发表在《美国国家科学院院刊》网络版上的新论文中,科利尔和科利尔实验室的研究生凯利·海林(Kelly Hainline)描述了新型纳米材料如何组装成包含特殊蛋白质C3dg的长纳米纤维。这些纤维能够激活免疫系统b细胞产生抗体。 “C3dg是一种你通常会在你的身体里找到的蛋白质,”Hainline说。“这种蛋白质帮助先天免疫系统和适应性免疫系统沟通,因此它可以激活特定的白细胞和抗体,清除受损的细胞,破坏抗原。” 由于蛋白质的能力之间的接口不同的免疫系统,激活细胞的抗体不会引起炎症,研究人员一直在探索如何C3dg可以作为疫苗佐剂,这是一种蛋白质,可以帮助促进所需的目标或病原体的免疫反应。 在他们的新纳米材料中,Hainline和Collier通过将C3dg蛋白的关键片段与TNF的成分编织到纳米纤维中来验证这一想法。C3dg蛋白将触发b细胞产生抗体,而TNF成分将提供抗体需要寻找和破坏的蓝图。 “当Kelly将C3dg蛋白和肿瘤坏死因子的关键部分组装到这些纳米纤维中,她发现有强烈的b细胞反应,这意味着针对肿瘤坏死因子的抗体产量增加,”Collier说。“在标准的小鼠炎症模型中,小鼠会经历一种温度变化,它们的内部温度会下降。但当Kelly给小鼠注射C3dg纳米纤维时,它具有高度的保护作用,小鼠没有出现炎症反应。” 当研究小组在银屑病小鼠模型上测试他们的纳米材料时,他们发现携带C3dg的纳米纤维与单克隆抗体治疗一样有效。由于C3dg通常存在于人体内,所以它不会被抗药物抗体排出体外。 在检查了银屑病模型后,研究小组有了一个惊人的发现——C3dg不仅刺激b细胞中的抗体产生,它也影响了t细胞的反应。 “我们观察到,只含有C3dg成分而不含TNF成分的纳米纤维仍然对我们的模型显示出治疗益处,这令人惊讶。但我认为最重要的发现是,我们发现了一种有益的t细胞反应,这种反应是由你身体中自然存在的一种蛋白质激活的,”Hainline说。“这种反应以前在其他蛋白质上也见过,但我们还没有看到有人使用C3dg产生这种反应的报告。” 下一步,该团队希望进一步探索这种有益的t细胞激活背后的机制。他们还将进行额外的实验,探索类似纳米材料在类风湿性关节炎模型中的反应。 科利尔说:“我们仍在研究这种t细胞反应,我们试图了解它是如何参与其中的。”“最终,我们希望看到C3dg是否可以作为抗炎症的多种不同疗法的通用成分,特别是如果我们可以用不同的目标替换TNF片段。这项工作明确表明,涉及C3dg的纳米材料有必要进一步发展为免疫疗法。”