电磁环境对酵母蛋白质错误折叠的影响及其机制研究

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随着工业化、信息化、城市化的发展,电磁辐射(包括极低频电磁场和射频电磁辐射)的强度日益增强,覆盖范围日益扩大。电磁辐射对于健康的影响也日益引起人们的关注。  电磁辐射暴露有可能增大患神经退行性疾病的风险,而蛋白质错误折叠与神经退行性疾病密切相关。蛋白质必须折叠成正确的构象才可以具有应有的功能,错误的折叠将导致疾病。酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中已经发现了一些蛋白可错误折叠成β-折叠,从而形成淀粉样沉淀。这些蛋白都是prion蛋白,如Ure2/[URE3]、Sup35/[PSI+]和Rnq1/[RNQ/PIN+]等。这都为我们研究电磁辐射暴露对蛋白质错误折叠及其相关疾病的影响提供了良好的研究平台。  为研究电磁辐射对酵母蛋白质错误折叠的影响,本研究利用极低频电磁场和射频电磁辐射对两种不同的酵母菌株进行短期暴露和长期暴露。我们发现:极低频电磁场和射频电磁辐射均可诱导正常构型蛋白自发转化成为prion构型,促进prion形成,以及抑制prion构型蛋白质转化为正常构型,促进酵母prion的增殖。  为解析电磁辐射对蛋白质错误折叠影响的机制,我们检测了暴露后酵母细胞内分子伴侣Hsp104、Hsp70-Ssa1/2和Hsp40-Ydj1的表达量。结果显示,电磁辐射暴露均没有显著影响分子伴侣的表达量。随后,我们对电磁辐射暴露后酵母细胞内活性氧自由基(ROS)浓度、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)两种抗氧化酶活性进行检测。我们发现,极低频电磁场和射频电磁辐射暴露均可以在短期暴露时间内显著提高酵母细胞内ROS浓度,以及显著提高SOD或CAT两种抗氧化酶的活性;而在长期暴露的情况下,细胞内ROS浓度,以及SOD和CAT的活性均没有发生显著变化。最后我们对电磁辐射暴露96小时后酵母细胞进行转录组测序。测序结果显示,极低频电磁场暴露和射频电磁辐射暴露均可以提高酵母细胞内葡萄糖跨膜转运蛋白和三羧酸循环途径中一些基因的转录水平,有可能藉此提高酵母细胞内可利用能量水平,进而增强酵母细胞对电磁辐射的抗性。  本研究将为揭示电磁辐射生物学效应的机制提供线索、以及为预防和治疗由电磁辐射暴露所引起的神经系统疾病提供参考。
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