معلومة

هل تستمر قنوات الصوديوم في تجديد نفسها بوحدات فرعية جديدة تصنعها الجينات؟

هل تستمر قنوات الصوديوم في تجديد نفسها بوحدات فرعية جديدة تصنعها الجينات؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تصنع الجينات وحدات فرعية جاما ألفا بيتا (بروتينات) لاستخدامها في صنع قنوات الصوديوم ... إذا فهمت بشكل صحيح؟ وهكذا ، بما أن الجينات تستمر في تكوين تلك الوحدات الفرعية ، فهل هذا يعني أن قنوات الصوديوم الجديدة تُصنع باستمرار بهذه البروتينات حتى تموت؟ بمعنى آخر ، إذا توقفت هذه الجينات فجأة عن تكوين الوحدات الفرعية في الخمسينيات من العمر أو شيء من هذا القبيل ، فستختفي قنوات الصوديوم لديك أو تتوقف عن العمل؟ (ربما غير واقعي ، لكن نظريًا ...)


أنت تسأل عن عمليتين مختلفتين: دوران (تدهور) الرنا المرسال ودوران البروتينات. في خلية الثدييات النموذجية ، تقترب فترات نصف عمر الرنا المرسال للرسائل المستقرة من طول دورة الخلية (على سبيل المثال 24 ساعة). يمكن ترجمة mRNA واحد على مدار الساعة إذا لزم الأمر. سيكون للبروتينات الناتجة أيضًا نصف عمر قابل للقياس ، وسيختلف ذلك باختلاف البروتين والظروف الخلوية. إذا نفدت الخلية من البروتين و mRNA الخاص بها ، فغالبًا ما تكون هناك حلقة تغذية مرتدة تنشط نسخ الجين البنيوي مرة أخرى في النواة.


يجب أن تدرس الأساسيات حقًا قبل أن تسأل تفاصيل عن بروتين معين. أنا لا أصوت لإغلاق السؤال ، ومع ذلك.

يحفز DNA تكوين mRNA (النسخ) الذي يحفز بدوره تكوين بولي ببتيد (ترجمة) ؛ بوليميراز الحمض النووي الريبي والريبوسوم هما عاملان مساعدان على التوالي.

قد يحتوي البروتين الوظيفي على العديد من سلاسل البولي ببتيد كما في حالة قناة الصوديوم (أو حتى الهيموجلوبين). قد تتأثر وظيفة مركب البروتين إذا:

  • لا تتشكل سلاسل البولي ببتيدات
  • سلاسل البولي ببتيد لا ترتبط بشكل صحيح

يمكن أن ينتج الأول إما بسبب كتلة في الترجمة أو كتلة في النسخ. يمكن أن تنشأ هذه الكتل أيضًا بسبب التنظيم النشط استجابةً لشرط معين ؛ هذا تغيير مؤقت.

يمكن أن تؤدي الطفرات إلى فقدان الوظيفة إما عن طريق التسبب في كتل النسخ / الترجمة أو إلغاء التفاعل بين عديد الببتيدات المختلفة.

تتشكل جميع الجزيئات الحيوية في الخلية وتتحلل باستمرار. معدل تدهورها يسمى معدل الدوران. إذا كان لابد من الحفاظ على مستوى ثابت ، فيجب موازنة معدل الدوران بمعدل التكوين.

عندما يتم إلغاء التكوين ، ستختفي الجزيئات الحيوية المختلفة بسرعة تتناسب مع معدلات تحللها.
إذا تسببت الطفرة في فقدان ارتباط عديد الببتيدات ، فإن البروتينات غير الوظيفية ستحل محل البروتينات الوظيفية بمعدل يتناسب مع معدل التحلل. (ملاحظة: يتناسب معدل تكوين البروتين مع مرنا المتاح).

معظم البروتينات داخل الخلايا والأغشية لها معدل دوران مرتفع. البروتينات الهيكلية خارج الخلية مثل الكولاجين لها معدل دوران منخفض نسبيًا. لذلك إذا توقف جين قناة الصوديوم عن النسخ ، فسيتم الشعور بالتأثيرات قريبًا جدًا.


هل تستمر قنوات الصوديوم في تجديد نفسها بوحدات فرعية جديدة تصنعها الجينات؟ - مادة الاحياء

تحتاج اعتلالات القناة العصبية إلى مناهج علاجية جديدة.

قد تنقذ أساليب العلاج الجيني التي تتعامل مع استثارة الشبكة أمراض الدماغ هذه.

يمكن لتحرير الجينات باستخدام CRISPR / Cas9 أن يصحح الطفرة الأساسية ويعالج المرض بشكل دائم.

قد يسمح التقدم في توصيل الجينات المعدلة وراثيًا بوساطة الفيروس بنقل مناطق الدماغ الكبيرة بعد الحقن الجهازي.

سيعتمد العلاج الجيني الأمثل أو استراتيجية تعديل الجينات على الوقت الذي يمكن فيه إعطاء العلاج أثناء التطور.


غشاء الخلية

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على:

  • صف المكونات الجزيئية التي يتكون منها غشاء الخلية
  • اشرح السمات والخصائص الرئيسية لغشاء الخلية
  • التفريق بين المواد التي يمكن ولا يمكن أن تنتشر من خلال طبقة ثنائية الدهون
  • قارن وقارن بين أنواع مختلفة من النقل السلبي مع النقل النشط ، مع تقديم أمثلة لكل منها

على الرغم من الاختلافات في التركيب والوظيفة ، فإن جميع الخلايا الحية في الكائنات متعددة الخلايا لها غشاء خلوي محيط. نظرًا لأن الطبقة الخارجية من بشرتك تفصل جسمك عن بيئته ، فإن غشاء الخلية (المعروف أيضًا باسم غشاء البلازما) يفصل المحتويات الداخلية للخلية عن بيئتها الخارجية. يوفر غشاء الخلية هذا حاجزًا وقائيًا حول الخلية وينظم المواد التي يمكن أن تمر إلى الداخل أو الخارج.


خاصية DHODH المميزة

DHODH الجين الموجود في إطار القراءة المفتوحة (ORF) للكروموسوم البشري 16q22 بطول كامل يبلغ 1191 نقطة أساس ، يشفر بروتين DHODH مع 397 تسلسل من الأحماض الأمينية [4]. تم اعتبار أن الإنزيم البلوري يحتوي على أحادي نيوكليوتيد الفلافين (FMN) ، وفلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد (FAD) ، والحديد [10].

وفقًا للتشابه المتسلسل والموقع الخلوي ، يتم تقسيم DHODH إلى الفئة 1 والفئة 2 DHODHs. يتم تصنيف DHODH من الفئة 1 القابلة للذوبان بشكل إضافي في الفئة 1A والفئة 1B والفئة 1S ، والتي تقع جميعها في السيتوبلازم. الفئة 1A عبارة عن بروتينات متجانسة توجد في البكتيريا موجبة الجرام. الفئة 1 ب DHODHs هي عبارة عن ثنائيات من heterodimers وعادة ما توجد في البكتيريا موجبة الجرام السائدة ، وتتألف من اثنين من البروتينات المتميزة. S DHODH هو نوع تم اكتشافه حديثًا وغير قادر على استخدام أي من متقبلات الإلكترون الطبيعية. يستخدم السيرين كقاعدة تحفيزية ، وهو خاص للـ DHODH الخلوي [5 ، 11]. الفئة 2 DHODHs عبارة عن بروتينات أحادية ترتبط بالغشاء الداخلي للميتوكوندريا في حقيقيات النوى وبعض بدائيات النوى [11،12،13،14]. تشترك الفئة 1A والفئة 1B في ما يقرب من 30 ٪ من هوية التسلسل ، بينما تشترك الفئة 1 القابلة للذوبان والفئة المرتبطة بالغشاء 2 DHODHs في حوالي 20 ٪ من هوية التسلسل [11].

تم عزل DHODH لأول مرة في عام 1953 من مستخلصات كلوستريديوم أوروتيكوم (CoDHODH) [11 ، 15]. تم تحديد التركيب البلوري الأول للفلافين المحتوي على DHODH من المكورات اللبنية في عام 1997 (LlDHODH) [16] ، وتم حل هيكل DHODH البشري في مجمع مع عوامل مضادة للتكاثر في عام 2000. تظهر الدراسات الهيكلية أن DHODH يحتوي على مجالين ، مجال C كبير وطرف N أصغر ، والتي يتم توصيلها بواسطة حلقة ممتدة. يمتد الطرف N لما يقرب من 40 وحدة بنائية إلى حلزوني ألفا (αA و αB) مرتبطين بحلقة قصيرة ويتعلقان بترابط الغشاء [11]. يحتوي الطرف C الأكبر على العصارة الخلوية على موقع الأكسدة والاختزال ، ويشكل المجال الطرفي N نفقًا داخل الغشاء يخفي موقع ربط FMN [2 ، 9 ، 17]. والجدير بالذكر أن غالبية العناصر الهيكلية والمخلفات ذات الصلة بكل من FMN وربط الركيزة محفوظة في classe1 و 2 من DHODHs [11]. Ubiquinone ، باستخدام النفق للاقتراب من العامل المساعد FMN للمشاركة في تفاعل الأكسدة والاختزال ، يمكن أن ينتشر بسهولة في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا [18 ، 19]. يوبيكوينون Q10 يربط ببتيد الإشارة الموجود في الطرف N من DHODH ، والذي يغطي استيراد الميتوكوندريا وهو مجال عبر الغشاء مع مجال صغير يتفاعل مع الغشاء الداخلي للميتوكوندريا [20 ، 21].


شوينهايمر ، ر. الحالة الديناميكية لمكونات الجسم (مطبعة جامعة هارفارد ، كامبريدج ، ماساتشوستس ، 1942).

شيمكه ، ر. & amp Doyle، D. التحكم في مستويات الإنزيم في الأنسجة الحيوانية. Annu. القس Biochem. 39, 929–979 (1971).

Haider، M. & amp Segal، H.L. بعض خصائص نظام alanine aminotransferase- و arginase-inactivating من الليزوزومات. قوس. بيوتشيم. بيوفيز. 148, 228–237 (1972).

هيرشكو ، أ. & أمبير تومكينز ، ج. دراسات حول تحلل التيروزين أمينوترانسفيراز في خلايا الورم الكبدي في المزرعة. تأثير تكوين المتوسطة والاعتماد على ثلاثي فوسفات الأدينوزين. J. بيول. تشيم. 246, 710–714 (1971).

سيمبسون ، م. إطلاق الأحماض الأمينية المسمى من البروتينات في شرائح الكبد. J. بيول. تشيم. 201, 143–154 (1953).

Hershko، A. & amp Ciechanover، A. آليات تكسير البروتين داخل الخلايا. Annu. القس Biochem. 51, 335–364 (1982).

Etlinger، J.D. & amp Goldberg، A.L. نظام بروتيني قابل للذوبان يعتمد على ATP مسؤول عن تحلل البروتينات غير الطبيعية في الخلايا الشبكية. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية. 74, 54–58 (1977).

Ciechanover ، A. ، Hod ، Y. & amp Hershko ، A. مكون متعدد الببتيد مستقر للحرارة لنظام التحلل البروتيني المعتمد على ATP من الخلايا الشبكية. بيوتشيم. بيوفيز. الدقة. كومون. 81, 1100–1105 (1978).

ويلكنسون ، ك.د. ، أوربان ، إم. & amp Haas، A.L. Ubiquitin هو عامل التحلل البروتيني المعتمد على ATP للخلايا الشبكية للأرانب. J. بيول. تشيم. 255, 7529–7532 (1980).

غولدشتاين ، ج وآخرون. عزل عديد ببتيد له خصائص تمييز الخلايا الليمفاوية ومن المحتمل تمثيله عالميًا في الخلايا الحية. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية. 72, 11–15 (1975).

Goldknopf ، I.L. & amp Busch ، H. ارتباط Isopeptide بين nonhistone و هيستون A polypeptides للبروتين الكروموسومي المتقارن A24. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية. 74, 864–868 (1977).

Ciechanover ، A. ، Heller ، H. ، Elias ، S. ، Haas ، A.L & amp Hershko ، A. اقتران يعتمد على ATP لبروتينات الخلايا الشبكية مع عديد الببتيد المطلوب لتحلل البروتين. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية. 77, 1365–1368 (1980).

Hershko، A.، Ciechanover، A، Heller، H.، Haas، A.L & amp Rose، I. A. الدور المقترح لـ ATP في تكسير البروتين: اقتران البروتينات مع سلاسل متعددة من polypeptide لتحلل البروتين المعتمد على ATP. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية. 77, 1783–1786 (1980).

لام ، يا ، شو ، دبليو ، ديمارتينو ، ج. & أمبير كوهين ، R.E. تحرير اتحادات يوبيكويتين بواسطة isopeptidase من البروتيازوم 26S. طبيعة سجية 385, 737–740 (1997).

Hershko، A. & amp Ciechanover، A. نظام يوبيكويتين. Annu. القس Biochem. 67, 425–479 (1998).

Hershko، A.، Heller، H.، Elias، S. & amp Ciechanover، A. مكونات نظام ubiquitin-protein ligase: الدقة وتنقية التقارب ودوره في انهيار البروتين. J. بيول. تشيم. 258, 8206–8214 (1983).

Hershko، A.، Heller، A.، Eytan، E. & amp Reiss، Y. موقع الارتباط بالبروتين في نظام ubiquitin-protein ligase. J. بيول. تشيم. 261, 11992–11999 (1986).

Hough، R.، Pratt، G. & amp Rechsteiner، M. Ubiquitin-lysozyme. تحديد وتوصيف البروتياز المعتمد على ATP من محللات الخلايا الشبكية للأرانب. J. بيول. تشيم. 261, 2400–2408 (1986).

هيرشكو ، أ. دروس من اكتشاف نظام يوبيكويتين. اتجاهات Biochem. علوم. 21, 445–449 (1996).

Hershko، A.، Heller، H.، Ganoth، D. & amp Ciechanover، A. in دوران البروتين ووظيفة الليزوزوم (محرران. Segal، H.L. & amp Doyle، D.J.) 149–169 (Academic Press، New York، 1978).

Ciechanover ، A. ، Elias ، S. ، Heller ، H. ، Ferber ، S. & amp Hershko ، A. توصيف متعدد الببتيد المستقر للحرارة لنظام التحلل البروتيني المعتمد على ATP من الخلايا الشبكية. J. بيول. تشيم. 255, 7525–7528 (1980).

ويلكنسون ، ك.د. ، أوربان ، إم. & amp Haas، A.L. Ubiquitin هو عامل تحلل البروتين I المعتمد على ATP لخلايا الأرانب الشبكية. J. بيول. تشيم. 255, 7529–7532 (1980).

Hershko، A. & amp Heller، H. حدوث بنية بوليوبيكويتين في اتحادات بروتين يوبيكويتين. بيوتشيم. بيوفيز. الدقة. مشترك. 128, 1079–1086 (1985).

تشاو ، ف.آخرون. تقتصر سلسلة مولتيوبيكويتين على ليسين محدد في بروتين مستهدف قصير العمر. علم 243, 1576–1583 (1989).

ليبمان ، إف ، جيفيرز ، دبليو ، كلينكوف ، إتش أند روسكوسكي ، آر. تخليق بولي ببتيد على قوالب البروتين: التوليف الأنزيمي للجراميسيدين S والتيروسيدين. حال. انزيم. ريلات. مناطق مول. بيول. 35, 1–34 (1971).

Ciechanover ، A. ، Elias ، S. ، Heller ، H. & amp Hershko ، A. "التقارب التساهمي" لتنقية إنزيم يوبيكويتين المنشط. J. بيول. تشيم. 257, 2537–2542 (1982).

Hershko، A.، Eytan، E.، Ciechanover، A. & amp Haas، A.L. التحليل المناعي الكيميائي لدوران اتحادات بروتين يوبيكويتين في الخلايا السليمة: العلاقة بانهيار البروتينات غير الطبيعية. J. بيول. تشيم. 257, 13964–13970 (1982).

فينلي ، د. ، سيشانوفر ، أ. & أمبير فارشافسكي ، أ. قابلية الإنزيم المنشط لليوبيكويتين بالحرارة من دورة خلية الثدييات المتحولة ts85. زنزانة 37, 43–55 (1984).

Ciechanover ، A. ، Finley D. & amp Varshavsky ، A. اعتماد Ubiquitin على تدهور البروتين الانتقائي الذي يظهر في دورة خلية الثدييات المتحولة ts85. زنزانة 37, 57–66 (1984).

Ferber، S. & amp Ciechanover، A. مطلوب نقل الحمض النووي الريبي لاقتران يوبيكويتين إلى ركائز انتقائية لنظام التحلل البروتيني المعتمد على اليوبيكويتين و ATP. J. بيول. تشيم. 261, 3128–3134 (1986).

Ferber، S. & amp Ciechanover، A. دور arginine-tRNA في تدهور البروتين بواسطة مسار يوبيكويتين. طبيعة سجية 326, 808–811 (1987).

Varshavsky ، A. مسار القاعدة N-end لتدهور البروتين. خلايا الجينات 2, 13–28 (1997).

Hershko، A.، Heller، H.، Eytan، E.، Kaklij، G. & amp Rose، I.A. دور مجموعة α-amino من البروتين في تكسير البروتين بوساطة اليوبيكويتين. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 81, 7021–7025 (1984).

Mayer، A. Siegel، N.R.، Schwartz، A.L. & amp Ciechanover، A. تحلل البروتينات باستخدام نهايات أمينية أسيتيل بواسطة نظام يوبيكويتين. علم 244, 1480–1483 (1989).

شيفنر ، إم ، ويرنيس ، بكالوريوس ، هويبريغتسي ، جي إم ، ليفين ، إيه. & amp Howley ، P.M. يعزز البروتين الورمي E6 المشفر بواسطة أنواع فيروس الورم الحليمي البشري 16 و 18 تدهور بروتين p53. زنزانة 63, 1129–1136 (1990).

غلوتزر ، إم ، موراي ، إيه دبليو. & amp Kirschner M.W. Cyclin يتحلل بواسطة مسار يوبيكويتين. طبيعة سجية 349, 132–138 (1991).

Hershko، A.، Ganoth، D.، Pehrson، J.، Palazzo، R.E.، & amp Cohen، L.H. يوبيكويتين الميثيل يثبط تدهور السيكلين في مستخلصات أجنة البطلينوس. J. بيول. تشيم. 266, 16376–16379 (1991).

سيشانوفر ، إيه وآخرون. تدهور البروتينات الورمية النووية بواسطة نظام يوبيكويتين في المختبر. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 88, 139–143 (1991).

Ciechanover ، A. ، Orian ، A. & amp Schwartz ، A.L .. التحلل البروتيني بوساطة Ubiquitin: التنظيم البيولوجي عن طريق التدمير. مقولات بيولوجية 22, 442–451 (2000).

يارون ، إيه وآخرون. تثبيط الوظيفة الخلوية NF-B عن طريق استهداف محدد لـ IκBα-ubiquitin ligase. EMBO J. 16, 6486–6494 (1997).

Butz، K.، Denk، C.، Ullmann، A.، Scheffner، M. & amp Hoppe-Seyler، F. تحريض موت الخلايا المبرمج في الخلايا السرطانية الإيجابية لفيروس الورم الحليمي البشري عن طريق الأبتاميرات الببتيدية التي تستهدف البروتين الورمي E6. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 97, 6693–6697 (2000).

Finley، D.، Özkaynak، E. & amp Varshavsky، A. إن جين الخميرة بوليوبيكويتين ضروري لمقاومة درجات الحرارة المرتفعة ، والمجاعة ، والضغوط الأخرى. زنزانة 48, 1035–1046 (1987).

Jentsch ، S. ، McGrath ، J.P. & amp Varshavsky ، A. الجين RAD6 لإصلاح الخميرة DNA يشفر إنزيم يوبيكويتين المترافق. طبيعة سجية 329, 131–134 (1987).

جوبل ، إم جي. وآخرون. جين دورة خلية الخميرة CDC34 يشفر إنزيم يوبيكويتين المترافق. علم 241, 1331–1335 (1988).

Finley، D.، Bartel، B. & amp Varshavsky، A. ذيول سلائف اليوبيكويتين عبارة عن بروتينات ريبوسومية يسهل اندماجها مع اليوبيكويتين التكوُّن الحيوي للريبوسوم. طبيعة سجية 338, 394–401 (1989).

باشمير ، أ. ، فينلي ، د. & أمبير فارشافسكي ، أ. في الجسم الحي نصف العمر للبروتين هو وظيفة من بقاياه الأمينية الطرفية. علم 234, 179–186 (1986).

Varshavsky ، تقنية الانصهار A. Ubiquitin وأحفادها. ميث. انزيم. 327, 578–593 (2000).

Varshavsky ، A. قاعدة N-end: الوظائف ، الألغاز ، الاستخدامات. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 93, 12142–12149 (1996).

Johnson، E. S.، Ma، P. C.، Ota، I. M. & amp Varshavsky، A. مسار بروتيني يتعرف على اليوبيكويتين كإشارة تدهور. J. بيول. تشيم. 270, 17442–17456 (1995).

Suzuki، T. & amp Varshavsky، A. إشارات الانحلال في مساحة تسلسل ليسين-أسباراجين. EMBO J. 18, 6017–6026 (1999).

فارشافسكي ، نظام يوبيكويتين. اتجاهات Biochem. علوم. 22, 383–387 (1997).

Xie ، Y. & amp Varshavsky ، A. الرابطة الفيزيائية ليجاسيس يوبيكويتين والبروتيازوم 26S. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 97, 2497–2502 (2000).

جونسون ، إي إس ، جوندا ، دي. & amp Varshavsky ، A. التعرف على Cis-trans والتدهور النوعي للوحدة الفرعية للبروتينات قصيرة العمر. طبيعة سجية 346, 287–291 (1990).

كوون ، واي. وآخرون. تغير النشاط والسلوك الاجتماعي والذاكرة المكانية في الفئران التي تفتقر إلى NTAN1p أميداز وفرع الهليون من مسار القاعدة N-end. مول. زنزانة. بيول. 20, 4135–4148 (2000).

دافيدوف ، إ. & amp Varshavsky، A. RGS4 يتحلل ويتحلل بواسطة مسار القاعدة N-end في المختبر. J. بيول. تشيم. 275, 22931–22941 (2000).

بيرد ، سي ، تيرنر ، جي سي. & amp Varshavsky، A. يتحكم مسار القاعدة N-end في استيراد الببتيدات من خلال تحلل مثبط النسخ. EMBO J. 17, 269–277 (1998).

يسرع Turner ، G. ، Du ، F. & amp Varshavsky ، A. الببتيدات من امتصاصها عن طريق تنشيط مسار التحلل البروتيني المعتمد على اليوبيكويتين. طبيعة سجية 405, 579–582 (2000).


دراسات الفيزيولوجيا الكهربية باستخدام hiPSC-CMs: اعتبارات فنية

توجد مجموعة متنوعة من الأساليب الغازية وغير الغازية لتحليل الفيزيولوجيا الكهربية لـ hiPSC-CMs ، بما في ذلك منهجية تثبيت التصحيح وقياسات القطب الحاد ، ومصفوفات الأقطاب المتعددة (MEAs) ، والفلورة الحساسة للجهد (الشكل 2). كل تقنية لها نقاط قوة وقيود محددة في أبحاث hiPSC-CMs كما تمت مناقشته بمزيد من التفصيل أدناه.

تقنية التصحيح المشبك

تقنية تثبيت التصحيح كثيفة العمالة نسبيًا وتتطلب مشغلين مهرة وذوي خبرة. ومع ذلك ، فهي تعتبر المعيار الذهبي لأبحاث الفيزيولوجيا الكهربية لأنها الطريقة الأكثر إفادة ، مما يسمح بتسجيل التيارات الغشائية ومعلمات AP (الشكلان 1 ب و 2 أ) [80]. إنه يستلزم الضغط بلطف على ماصة زجاجية غير حادة نسبيًا (2-4 MΩ) ضد غشاء الخلية وبعد ذلك يتم تطبيق الشفط للحصول على مقاومة عالية ، على شكل أوميغا ، مانع للتسرب. بعد الوصول إلى الخلية ، يتم الحصول على "تكوين مشبك التصحيح للخلية الكاملة" والذي يسمح بقياس نقاط الوصول وتيارات الغشاء في المشبك "الحالي" و "الجهد" ، على التوالي. يمكن تنفيذ تقنية تثبيت التصحيح يدويًا (وضع الماصات بمساعدة المعالجات الدقيقة) أو باستخدام ما يسمى بتقنية تثبيت التصحيح الآلي [81،82،83] (راجع قسم "مشبك التصحيح الآلي").

المشبك الحالي

في وضع المشبك الحالي ، يتم التحكم في التيار المحقون من خلال ماصة التصحيح بينما يتم تسجيل إمكانات غشاء التشغيل الحر للخلية. يسمح المشبك الحالي بقياسات نقاط الوصول التي قد تحدث إما تلقائيًا أو استجابة لتيار التحفيز المحقون عبر ماصة التصحيح. عادةً ما تحتوي مجموعة hiPSC-CMs على كل من الضرب التلقائي والخلايا الهادئة. في معظم الدراسات ، يتم اختيار الضرب العفوي hiPSC-CMs لقياس نقاط الوصول ، نظرًا لأن الخلايا النابضة تعتبر CMs. ومع ذلك ، فإن الضرب العفوي hiPSC-CMs غالبًا ما يكون مستقطبًا وله مرحلة إزالة الاستقطاب الانبساطي (المرحلة 4) ، مما يزيد من استقطاب إمكانات الغشاء إلى حوالي -40 مللي فولت قبل بدء AP. مثل هذا الاستقطاب الكبير يعطل نشاط التيارات الغشائية المختلفة مثل أنا نا، و أنا إلى 1، ويزيد من أهمية أنا ك و أنا كر في تحديد إمكانات الغشاء الانبساطي [84]. للتغلب جزئيًا على هذه القيود ، في بعض الدراسات ، يتم اختيار hiPSC-CMs الهادئة القادرة على التعاقد على التحفيز الميداني على وجه التحديد للتحليل [31]. ومع ذلك ، فإن اختيار الخلايا بهذه الطريقة يمثل تحديًا تقنيًا ويستغرق وقتًا طويلاً.

للحصول على تكوين الخلية الكاملة ، يمكن استخدام كل من منهجية مشبك التصحيح "الخلية الكاملة" الممزقة أو المثقبة. على الرغم من أن الوصول إلى الخلية يكون عادةً أفضل في الرقعة الممزقة ، غالبًا ما يتم إضافة Ca 2+-buffers (مثل EGTA) إلى محلول الماصة عند استخدام هذه التقنية ، والتي قد تعدل ركوب Ca 2+ داخل الخلايا وبالتالي تؤثر على تقلص القلب ، مورفولوجيا AP ، والتلقائية في hiPSC-CMs عبر قنوات ومبادلات أيونات حساسة Ca 2+ [85]. هذه مشكلة أقل عند استخدام تقنية التصحيح المثقبة ، والتي توفر أيضًا أشكالًا موجية AP أكثر استقرارًا بمرور الوقت. في دراسات hiPSC-CMs ، يمكن استخدام تقنية المشبك الحالية لقياس نقاط الوصول من الخلايا المفردة وكذلك من المجموعات [86]. ومع ذلك ، قد تحتوي مجموعات hiPSC-CMs على مجموعة مختلطة من CMs "تشبه الأذيني" و "الشبيه البطيني" و "العقدي الشبيه" ، بالإضافة إلى الخلايا التي ليست خلايا عضلة القلب ، والاقتران بين hiPSC-CMs والأخيرة قد تؤثر على مرحلة إزالة الاستقطاب وعودة الاستقطاب. يجب أن تؤخذ هذه الاعتبارات في الاعتبار.

المشبك الجهد

في وضع مشبك الجهد ، يتم تثبيت إمكانات الغشاء عند مستوى جهد محدد من خلال مضخم مشبك تصحيح دائرة التغذية الراجعة ، والذي يسمح بتسجيل تيار الغشاء الصافي عند إمكانات غشاء معينة. تطبيق بروتوكولات مخصصة لمشابك الجهد ، وكثافات التيار الأيوني (المُعرَّفة على أنها التيار مقسومًا على حجم الخلية) والخصائص الفسيولوجية المختلفة ، مثل اعتماد الجهد على التنشيط (in) ، والتعافي من التعطيل ، والتعطيل البطيء ، وسرعة التنشيط والتعطيل الحالي (in) يمكن دراستها في خلايا مفردة تحت ظروف مضبوطة بعناية (انظر أيضًا قسم "الخصائص الكهربية لل hiPSC-CMs").

المشبك التصحيح الآلي

بينما تعتبر تقنية التثبيت اليدوي (كما هو موضح في قسمي "Current Clamp" و "Voltage Clamp") بمثابة المعيار الذهبي لدراسات الفيزيولوجيا الكهربية ، يمكن أن تكون الإجراءات التجريبية معقدة وتستغرق وقتًا طويلاً ، مما يؤدي إلى انخفاض الإنتاجية. في المقابل ، فإن التصحيح الآلي ، من خلال السماح بالتسجيلات المتعددة على التوازي ، يمكن أن يزيد من سرعة نقل البيانات من 10 إلى 100 ضعف اعتمادًا على القناة الأيونية قيد التحقيق والنظام الأساسي المستخدم [16]. باستخدام مشبك التصحيح الآلي ، يتم استبدال الماصة الزجاجية التقليدية بفتحة في قاع البئر والتي من خلالها يتم تطبيق ضغط سلبي على غشاء الخلية. بينما يسمح هذا بأتمتة عملية تثبيت التصحيح ، تتطلب هذه التقنية الآلية معلقات أحادية الخلية عالية الجودة وكثافة عالية ومتجانسة [81،82،83] ، والتي يمكن أن تكون صعبة نظرًا لأن hiPSC-CMs مكلفة نسبيًا لإنتاجها على على نطاق واسع وشديد الحساسية للانفصال الأنزيمي في الخلايا المفردة. علاوة على ذلك ، لا تسمح تقنية التصحيح الآلي باختيار الخلايا المراد قياسها ، أي خلايا عضلة القلب المشتقة من hiPSC مقابل الخلايا الليفية ، أو hiPSC-CMs المسمى بـ GFP بعد تعداء الفيروس أو الأساليب الجينية الأخرى. ما وآخرون. مقارنة التصحيح اليدوي والآلي في hiPSC-CMs والإبلاغ عن معدلات نجاح متغيرة لتحليل مشبك التصحيح الآلي المستوي ، مع التسجيلات المقبولة التي تم الحصول عليها في

ومع ذلك ، فإن 50٪ من القياسات ، لاحظوا اختلافات في كثافة التيار وسعة الخلية بين الخلايا الآلية والخلايا المرقعة يدويًا [30]. قد تكون بعض هذه الاختلافات الملحوظة ناتجة عن بروتوكولات التفكك hiPSC-CMs المستخدمة في تجارب المشبك اليدوية مقابل تجارب المشبك التصحيح الآلية لهذا الأخير ، وغالبًا ما يتم استخدام التربسين والذي قد يؤثر على جودة التسجيل من خلال التأثير على بروتينات الغشاء [87]. باستخدام بروتوكول تفكك بديل من خطوتين (يتكون من تفكك التربسين ، وإعادة البذر بكثافة منخفضة ، وإعادة الحصاد عن طريق التفكك اللطيف مع أكوتاز) ، تمكن راجاموهان وزملاؤه من زيادة عدد التسجيلات الآلية الناجحة [88]. وبالتالي ، فإن التحليل الكهروفيزيولوجي لـ hiPSC-CMs باستخدام نهج التصحيح الآلي عالي الإنتاجية أمر ممكن [30 ، 88] ، ولكن يجب مراعاة بعض القيود.

القياسات الحادة للقطب الكهربائي الدقيق

تقنية القطب الكهربائي الدقيقة الحادة داخل الخلايا هي أداة تقليدية وراسخة لقياس الجهد الدقيق أو التيارات الكهربائية التي تمر عبر الغشاء. على النقيض من تقنية تثبيت التصحيح ، يتم تخزيق الخلايا أو الأنسجة بواحد أو اثنين من أقطاب ميكروية زجاجية حادة (GT30 MΩ) ، والتي تمتلئ بمحلول غير فسيولوجي إلى حد ما عالي K +. هناك حاجة إلى قطبين كهربائيين لإجراء تجارب مشبك الجهد ، لكن قطبًا واحدًا يكفي لإجراء قياسات المشبك الحالية. قد يؤدي إدخال الأقطاب الكهربائية الدقيقة في الخلايا و / أو الأنسجة إلى حدوث بعض الضرر وما يترتب على ذلك من إزالة الاستقطاب من الغشاء ، تكون الخلايا الأصغر (أي hiPSC-CMs) أكثر حساسية لهذا القيد المحتمل. غالبًا ما تُستخدم تقنية القطب الحاد لتسجيل نقاط الوصول من مجموعات hiPSC-CMs ، وبالتالي فهي مرتبطة بالقيود المحتملة لأنواع الخلايا المختلطة داخل هذه المجموعات.

صفائف متعددة الأقطاب

في حين أن مشبك التصحيح داخل الخلايا ومنهجية الإلكترود الدقيقة الحادة يولدان بيانات عالية الجودة للتيار الكهربائي والغشاء ، فإنه يعتبر شاقًا ويستغرق وقتًا طويلاً مع العديد من المشكلات التقنية التي من المحتمل أن تمنع التسجيلات الناجحة. بالإضافة إلى التصحيح الآلي ، يتم استخدام القياسات غير الغازية للإشارات خارج الخلية باستخدام الاتفاقات البيئية المتعددة الأطراف بشكل متزايد في أبحاث hiPSC-CMs. من خلال الإشارات الكهربائية (إمكانات المجال ، FPs) ، يمكن تحديد تردد الضرب ومدة المجال المحتملة (FPD) ، التي تشبه فترة QT ومدة AP (الشكل 2 ب). تسمح الاتفاقات البيئية المتعددة الأطراف بالقياسات طويلة المدى لـ FPs من المجموعات والطبقات الأحادية من hiPSC-CMs وغالبًا ما تُستخدم لاختبار المركبات (الجديدة) أو العيوب الوراثية ، لا سيما فيما يتعلق بتأثيرها على إعادة استقطاب AP وفاصل QT [59 ، 89]. غالبًا ما يتم إجراء قياسات MEA في مجموعات الضرب التلقائية والطبقات الأحادية ، وقد نفذ عدد قليل من أجهزة MEA طرقًا للتحفيز الكهربائي. وبالتالي ، يتم إجراء غالبية القياسات على الأنسجة متعددة الخلايا التي لا تسير بخطى ثابتة بتردد ثابت ، وبالتالي فإن المركبات التي تغير طول الدورة قد تؤثر بالتالي على خصائص المجال المحتملة بشكل غير مباشر. لتسوية الاختلافات في معدلات الضرب ، يتم عادةً تصحيح فترات QT باستخدام صيغة Bazett أو Fridericia. في حين أن هذا النوع من التصحيح فعال في المرضى ، إلا أنه قد لا يكون دقيقًا في مثل هذه الحالات في المختبر [14]. علاوة على ذلك ، في تجارب MEA ، من الصعب التمييز بين التأثيرات المباشرة للمركبات والعيوب الوراثية على FPDs أو التأثيرات غير المباشرة من خلال تعديلات معلمات AP الأخرى مثل MDP ، نظرًا لأنه لا يمكن الحصول على المعلومات المتعلقة بهذا الأخير بسهولة باستخدام هذه التقنية [90]. بالإضافة إلى ذلك ، قد تخفف أنواع الخلايا المختلفة والاقتران بين CMs في المستحضرات متعددة الخلايا التحديد الدقيق للتأثيرات. علاوة على ذلك ، فإن hiPSC-CMs المقاسة باستخدام MEAs أقل حساسية للمركبات من الخلايا المفردة [59] ، ولكن هذا اكتشاف عام في المستحضرات متعددة الخلايا. أخيرًا ، لا تسمح الاتفاقات البيئية المتعددة الأطراف بتقييم المعلمات الفيزيائية الحيوية لتيارات أيونية معينة ، وهو شرط أساسي عند تقييم الأساليب العلاجية المحتملة (الجديدة) لاضطرابات عدم انتظام ضربات القلب الموروثة. من ناحية أخرى ، يمكن تحديد أوقات التنشيط المحلية في كل قطب كهربائي داخل منطقة الشرق الأوسط وأفريقيا ، مما يسمح بإنشاء خرائط تنشيط مفصلة وقياسات سرعة التوصيل. ومع ذلك ، فإن سرعة التوصيل في الطبقات الأحادية hiPSC-CMs بطيئة نسبيًا (10-20 سم / ثانية مقارنة بـ 60 سم / ثانية في البطين الأيسر للإنسان البالغ) [91 ، 92] ، ويرجع ذلك على الأرجح إلى الاختلافات في أنا نا التوزيع والتوافر ، وتوزيع connexin ، ومورفولوجيا وهندسة hiPSC-CMs (انظر [15]).

قياسات الإسفار

طريقة أخرى غير جراحية لتقييم النشاط الكهربائي بطريقة عالية الإنتاجية هي من خلال التألق الحساس للجهد. لهذا ، يمكن تحميل hiPSC-CMs على سبيل المثال مع الصبغة الحساسة للجهد di-4-ANEPPS [93]. يمكن استخدام مضان الجهد لتحديد سرعات التوصيل في المستحضرات متعددة الخلايا ، بالإضافة إلى معلمات AP في مجموعات أو مجموعات hiPSC-CMs المعزولة. بالنسبة للمستحضرات والعناقيد متعددة الخلايا ، يجب أن تؤخذ في الاعتبار العيوب المرتبطة المحتملة لتأثيرات الاقتران والتغيرات في MDP والنشاط التلقائي المذكور أعلاه. بالإضافة إلى ذلك ، يجب منع القطع الأثرية للحركة للحصول على إشارات مستقرة ، وبالتالي غالبًا ما يتم استخدام مثبط لتفاعل الميوسين-أكتين ، مثل 2،3-بيوتانيديون مونوكسيم (BDM). ومع ذلك ، قد يكون لكل من BDM والصبغة الحساسة للجهد تأثير على الخصائص الكهربائية الأساسية. في hiPSC-CMs ، يمكن أيضًا دراسة خصائص معالجة الكالسيوم باستخدام أصباغ حساسة للكالسيوم مثل Fluo-2AM أو Indo-1AM [44 ، 79]. ومع ذلك ، يمكن أن تكون الأصباغ الفلورية سامة للضوء وبالتالي فهي غير مناسبة للتسجيلات الطويلة. بدلاً من ذلك ، يمكن استخدام hiPSC-CMs المعدلة وراثيًا التي تعبر عن مؤشر الفلورسنت الفلوري للجهد (ArcLight) ، والتي لها ميزة أن أنواع خلايا hiPSC-CMs المحددة يمكن قياسها على وجه التحديد باستخدام محفزات محددة للتعبير المفرط [94]. بينما يمكن تنفيذ نهج الفلورسنت للتقييم الأولي عالي الإنتاجية للمركبات (فحص الأدوية الجديدة و / أو فحوصات سلامة القلب) [95] ، إلا أنها لا توفر معلومات عن خصائص التيار الأيوني. علاوة على ذلك ، يعد نقص القيم المرجعية (أي مستوى 0 مللي فولت) عيبًا مهمًا نظرًا لأن الاختلافات الصغيرة في MDP قد لا يتم اكتشافها ، ومع ذلك قد لا يزال تأثيرًا مهمًا على توفر القناة الأيونية وخصائص AP كما تمت مناقشته مؤخرًا بمزيد من التفصيل من قبل الآخرين [96 ، 97،98].

مناهج للقياسات الكهربية المحسنة في hiPSC-CMs

يمكن استخدام جميع التقنيات الموضحة أعلاه للدراسات الدوائية في أبحاث hiPSC-CMs ، مع مراعاة مزايا وعيوب الأساليب المختلفة. أحد العيوب هو أن مجموعات hiPSC-CMs والطبقات الأحادية قد تحتوي على خلايا غير عضلية للقلب تؤثر على الخصائص الكهربية [99]. ومع ذلك ، في هذه الأيام ، توجد طرق مختلفة لتنقية مجموعة hiPSC-CMs بدرجة عالية ، بما في ذلك طريقة اختيار Puromycin و blasticidin [30 ، 99] ، وعلاج اللاكتات [100] ، وفرز الخلايا على أساس التألق [101]. تطبق العديد من المعامل البحثية مناهج تهدف إلى تعزيز النضج الهيكلي والوظيفي لـ hiPSC-CMs. على سبيل المثال ، لقد ثبت أن زيادة الوقت في الثقافة ، والمواد المضافة المتوسطة ، والتحفيز الكهربائي ، والتمدد الميكانيكي و / أو الحمل ، واستخدام البوليمرات ، والثقافة ثلاثية الأبعاد تعمل على تحسين تنظيم الأورام اللحمية ، ومعالجة الكالسيوم داخل الخلايا ، والانقباض ، والمعلمات الكهربية بما في ذلك MDP وسرعة الضربة (انظر [15 ، 16 ، 20 ، 21]). علاوة على ذلك ، فإن بعض القيود متأصلة في عدم وجود أنا ك 1 في hiPSC-CMs مما يؤدي إلى نشاط تلقائي ، وإمكانيات غشاء غير مستقطب ، وصعوبات في تنظيم الخلايا بالتردد المطلوب. للتغلب على هذا ، استخدم عدد من المجموعات تعزيزًا مصطنعًا لـ أنا ك 1 الكثافة من خلال إما التعبير الفيروسي الزائد عن Kir2.1 ، القناة التي تجري أنا ك 1 [102 ، 103] ، أو عن طريق الحقن في السيليكو أنا ك 1 مع حركية Kir2.1 [68 ، 104] (الشكل 3 أ-ج). أدى الإفراط في التعبير عن Kir2.1 في hESC-CMs [102] إلى إلغاء تلقائية الخلية ، مما يجعل خصائص AP مشابهة لتلك الخاصة بـ CMs البالغ. ومع ذلك ، استمرت هذه الخلايا في إظهار خصائص معالجة غير ناضجة للكالسيوم 2+ وتم الإبلاغ عن انخفاض التعبير عن البروتينات الانقباضية [102]. في المقابل ، أدى تعبير Kir2.1 القسري في hiPSC-CMs إلى تحسين خصائص AP و Ca 2+ المؤقتة [103]. قد يكون هذا النهج مفيدًا بشكل خاص لقياسات MEA وقياسات التألق الحساسة للجهد ، على الرغم من أن التباين في مستويات التعبير الزائد Kir2.1 قد يعزز عدم التجانس. النهج الثاني يستلزم زيادة أنا ك 1 من خلال الحقن بالسيليكو لتيار له خصائص مماثلة باستخدام تقنية المشبك الديناميكي [105]. كان بيت وزملاؤه أول من استخدم هذا "التعبير الإلكتروني" لـ أنا ك 1 في تجارب hiPSC-CMs [104]. في الآونة الأخيرة ، قامت مجموعتنا بالتحقيق في الحقن في السيليكو بمقادير متفاوتة من أنا ك 1 في hiPSC-CMs في درجات حرارة فسيولوجية [68] (الشكل 3 أ-ج). في كلتا الدراستين ، تم تعزيزه أنا ك 1 تسبب في RMP أكثر استقرارًا واستقرارًا ، شكل AP شبيه بالبطين ، وزيادة سرعة AP upstroke [68 ، 104]. ومن ثم ، في السيليكو أنا ك 1 يشكل الحقن أداة قوية لتحسين قياسات AP في hiPSC-CMs.

تأثير أنا ك 1 الحقن بأقصى جهد انبساطي (MDP) وسرعة الشوط القصوى (دي في/د الأعلى) في hiPSC-CMs. أ مثال تمثيلي للآثار المحتملة للعمل المسجلة من hiPSC-CMs عند حقن مقادير متزايدة من المحاكاة أنا ك 1 باستخدام المشبك الديناميكي. تأثير أنا ك 1 الحقن بسعة مختلفة على MDP و dV / dtالأعلى يظهر في اللوحات ب و ج، على التوالى (*ص & lt 0.05). الشكل مستنسخ من [68]


أدلة جديدة للديناميات الهيكلية لقنوات BK

تعد قنوات BK (قنوات K + المعتمدة ذات التوصيل الكبير ، Ca2 +) ضرورية لتنظيم العمليات البيولوجية المهمة مثل نغمة العضلات الملساء والإثارة العصبية. يظهر بحث جديد أن تنشيط قناة BK يتضمن إعادة ترتيب هيكلية لم يتم فهمها سابقًا.

تظهر الدراسة في عدد أغسطس 2011 من مجلة علم وظائف الأعضاء العامة.

أشار بحث سابق إلى نظرية موحدة محتملة لبوابة التنشيط في قنوات K + ، مع "بوابة التنشيط" التي تشكلت من خلال عبور الحزمة لأربعة حلزونات عبر الغشاء S6 من الوحدات الفرعية الأربع. ومع ذلك ، اقترحت الدراسات الحديثة بنية مختلفة لقنوات BK ، لكن الموقع الدقيق لبوابة التنشيط ظل لغزًا.

توفر دراسة جديدة أجراها Xixi Chen و Richard Aldrich (جامعة تكساس في أوستن) أدلة مهمة على هذا السؤال. يحدد البحث بقايا واحدة M314 ، في منتصف الطريق لأسفل S6 ، والتي يبدو أنها تغير شكلها أثناء فتح قناة BK ، وتدور سلسلتها الجانبية من موضع في الحالة المغلقة غير معرضة للمسام المحبة للماء إلى مكان مكشوف للغاية في دولة مفتوحة. تُظهر النتائج أيضًا أن M314 قد لا يشكل في الواقع جزءًا من بوابة التنشيط الذي يمنع مرور الأيونات ، ولكن قد تكون هناك حاجة إلى حركات في المسام العميقة لمنع مرور الأيونات في أي مكان آخر في القناة.

The findings point to new directions for research regarding the molecular mechanisms of BK channel activation, according to Commentary by Daniel Cox (Tufts University School of Medicine) and Toshinori Hoshi (University of Pennsylvania). Importantly, they say, the study demonstrates that BK channel activation is not an open-and-shut case as previously suspected.


Organelles for Energy Production and Detoxification

In addition to the jobs performed by the endomembrane system, the cell has many other important functions. Just as you must consume nutrients to provide yourself with energy, so must each of your cells take in nutrients, some of which convert to chemical energy that can be used to power biochemical reactions. Another important function of the cell is detoxification. Humans take in all sorts of toxins from the environment and also produce harmful chemicals as byproducts of cellular processes. Cells called hepatocytes in the liver detoxify many of these toxins.

Mitochondria

أ ميتوكوندريا (plural = mitochondria) is a membranous, bean-shaped organelle that is the “energy transformer” of the cell. Mitochondria consist of an outer lipid bilayer membrane as well as an additional inner lipid bilayer membrane (Figure 6). The inner membrane is highly folded into winding structures with a great deal of surface area, called cristae. It is along this inner membrane that a series of proteins, enzymes, and other molecules perform the biochemical reactions of cellular respiration. These reactions convert energy stored in nutrient molecules (such as glucose) into adenosine triphosphate (ATP), which provides usable cellular energy to the cell. Cells use ATP constantly, and so the mitochondria are constantly at work. Oxygen molecules are required during cellular respiration, which is why you must constantly breathe it in. One of the organ systems in the body that uses huge amounts of ATP is the muscular system because ATP is required to sustain muscle contraction. As a result, muscle cells are packed full of mitochondria. Nerve cells also need large quantities of ATP to run their sodium-potassium pumps. Therefore, an individual neuron will be loaded with over a thousand mitochondria. On the other hand, a bone cell, which is not nearly as metabolically-active, might only have a couple hundred mitochondria.

Figure 6. Mitochondrion. The mitochondria are the energy-conversion factories of the cell. (a) A mitochondrion is composed of two separate lipid bilayer membranes. Along the inner membrane are various molecules that work together to produce ATP, the cell’s major energy currency. (b) An electron micrograph of mitochondria. EM × 236,000. (Micrograph provided by the Regents of University of Michigan Medical School © 2012)

اتصال التطور

التعايش الداخلي

We have mentioned that both mitochondria and chloroplasts contain DNA and ribosomes. Have you wondered why? Strong evidence points to endosymbiosis as the explanation.

Symbiosis is a relationship in which organisms from two separate species depend on each other for their survival. Endosymbiosis (endo- = “within”) is a mutually beneficial relationship in which one organism lives inside the other. Endosymbiotic relationships abound in nature. We have already mentioned that microbes that produce vitamin K live inside the human gut. This relationship is beneficial for us because we are unable to synthesize vitamin K. It is also beneficial for the microbes because they are protected from other organisms and from drying out, and they receive abundant food from the environment of the large intestine.

Scientists have long noticed that bacteria, mitochondria, and chloroplasts are similar in size. We also know that bacteria have DNA and ribosomes, just like mitochondria and chloroplasts. Scientists believe that host cells and bacteria formed an endosymbiotic relationship when the host cells ingested both aerobic and autotrophic bacteria (cyanobacteria) but did not destroy them. Through many millions of years of evolution, these ingested bacteria became more specialized in their functions, with the aerobic bacteria becoming mitochondria and the autotrophic bacteria becoming chloroplasts.

Peroxisomes

Figure 7. Peroxisome. Peroxisomes are membrane-bound organelles that contain an abundance of enzymes for detoxifying harmful substances and lipid metabolism.

Like lysosomes, a peroxisome is a membrane-bound cellular organelle that contains mostly enzymes (Figure 7). Peroxisomes perform a couple of different functions, including lipid metabolism and chemical detoxification. In contrast to the digestive enzymes found in lysosomes, the enzymes within peroxisomes serve to transfer hydrogen atoms from various molecules to oxygen, producing hydrogen peroxide (H2ا2). In this way, peroxisomes neutralize poisons such as alcohol. In order to appreciate the importance of peroxisomes, it is necessary to understand the concept of reactive oxygen species.

Aging and the Cell: The Free Radical Theory

The free radical theory on aging was originally proposed in the 1950s, and still remains under debate. Generally speaking, the free radical theory of aging suggests that accumulated cellular damage from oxidative stress contributes to the physiological and anatomical effects of aging. There are two significantly different versions of this theory: one states that the aging process itself is a result of oxidative damage, and the other states that oxidative damage causes age-related disease and disorders. The latter version of the theory is more widely accepted than the former. However, many lines of evidence suggest that oxidative damage does contribute to the aging process. Research has shown that reducing oxidative damage can result in a longer lifespan in certain organisms such as yeast, worms, and fruit flies. Conversely, increasing oxidative damage can shorten the lifespan of mice and worms. Interestingly, a manipulation called calorie-restriction (moderately restricting the caloric intake) has been shown to increase life span in some laboratory animals. It is believed that this increase is at least in part due to a reduction of oxidative stress. However, a long-term study of primates with calorie-restriction showed no increase in their lifespan. A great deal of additional research will be required to better understand the link between reactive oxygen species and aging.


المواد والأساليب

We devised a method for prioritizing candidate genes and polymorphisms for chronic pain studies by rating each polymorphism in a candidate gene according to three criteria: (1) strength of evidence supporting involvement of the gene in pain processing, (2) frequency of the specific variant, and (3) likelihood that the polymorphism alters function. We assigned each polymorphism zero to three points in each of these categories, with a maximum score of 9.

1. Involvement in Pain Processing: We searched recent textbook chapters and reviews 15–17and the Society of Neuroscience abstracts from 2000 and 2001 to compile a list of approximately 200 molecules ( appendix 1) that basic scientists have described to be involved in pain processing. We assigned one point for a single laboratory reporting involvement, two points for reports from multiple groups, and three points if there were multiple reports specifically describing involvement in animal models of neuropathic pain, the focus of our human genetic studies. Molecules without reported involvement in pain processing were excluded from our final priority list, even if they had maximum scores for the two other criteria.

2. Frequency: Two authors (I. B., M. B. M.) performed a PubMed search for each of the 200 molecules using the search query [molecule name] AND human AND polymorphism and read pertinent abstracts and articles. We assigned zero points if the population frequency (proportion of all chromosomes) of the variant was less than 3%, one point for 3–10%, two points for 10–30%, and three points for 30–50%.

3. Function: We examined articles resulting from the PubMed search for evidence of functional consequences of polymorphisms of the 200 candidate genes. We assigned one point if the variant changed an amino acid two points for a single report that the variant changed the amount of message or protein expression or function, or was associated with a different clinical outcome from the common allele for a clinical phenotype and three points for independent replication of any of these types of evidence.

Testing Individual Polymorphisms versus Haplotypes

Most published association studies focus on individual polymorphisms, but the current approach of many laboratories is to type many regularly spaced markers on the candidate gene to determine haplotype blocks, which are combinations of common alleles that occur together over 10- to 100-kilobase lengths of DNA. Over each of these DNA segments, approximately 90% of individuals have one of the two to five most common haplotypes. When loci are present in haplotype blocks, their information can be combined and haplotype can be used as genotype. If approximately six loci are tested per block, there is little loss of power to detect the effect of a moderately abundant but unknown functional locus between the tested markers for that block, compared with testing that locus specifically. 18In the discussion that follows, we will usually refer to individual polymorphisms, but the same considerations and methods can be applied using the haplotype block as the unit.

Sample Size

We assume the investigator is studying a cohort of patients exposed to the same injury or disease and genotyping all of the patients, regardless of whether they develop persistent pain. (If patients are plentiful and inexpensive to screen, genotyping only those with clinical outcomes at either extreme of the range may be more statistically informative and cost efficient. 19)


ملخص

The principal cell is arguably the most highly regulated cell type in the kidney tubules, if not in all mammalian epithelia. Because the regulated transport of ions and water is of vital importance to the role that this tubule cell plays in kidney function and homeostasis, we have addressed the basic transport functions of the principal cell primarily from the standpoint of regulation. The central role of two different hormone-transporter pairs was emphasized: aldosterone and ENaC for control of ion transport, and AVP and AQP2 for control of water transport. However, the complex regulation of principal cell function is underscored by the panoply of hormonal, autocrine, paracrine, and physical factors that regulate its activities. A few examples are as follows: ATP, PGE2, and ET, which inhibit both Na + and water transport AngII, which stimulates both Na + and water transport and insulin, which selectively stimulates Na + transport. Under normal physiologic conditions, these diverse regulators exert their effects in various combinations to provide context-appropriate integrated responses to different environmental conditions.

Understanding the signaling and transport mechanisms that underlie principal cell function is valuable to practicing clinicians, both because it enhances our appreciation of the kidney and its role in homeostasis, and because it provides a foundation for greater depth and flexibility in our approach to diagnosis and treatment of the wide array of fluid and electrolyte disorders we encounter.


شاهد الفيديو: أعادت برمجة جيناتها لـتعيش حتى 150 سنة. العالمة الإماراتية مريم مطر توضح لـCNN (سبتمبر 2022).