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技术生物所应用拉曼光谱观测低温等离子体诱导产朊假丝酵母氧化应激过程

作者:陈祝    新闻来源:    发布时间:2020-04-15

低温等离子体是一种可以对生物体进行局部定点施加氧化胁迫的有效工具,通过放电产生离子和电磁辐射,为生物体内提供独特的微环境。通过调节活性氧(ROS)、活性氮(RNS)水平,活性成分与细胞和组织发生作用,可导致丰富的生物学效应,引起细胞凋亡、坏死和程序性坏死等不同的死亡模式,这一过程近年来成为物理生物学交叉研究热点。

最近,技术生物所黄青研究员课题组利用利用拉曼光谱技术和光谱成像方法,观察低温等离子体诱导的氧化应激下的应用假丝酵母细胞中生物分子氧化还原状态变化,由此探索氧化应激下细胞不同的死亡模式。相关研究成果发表在国际分析化学专业期刊Analyst。

在该研究中,研究人员首先证实低温等离子体可以诱导和调节产朊假丝酵母的氧化应激,并利用拉曼光谱观测到低温等离子体诱导的氧化应激下酵母细胞内氧化还原态细胞色素c拉曼特征峰的变化(如图1所示),并通过Western Blot方法验证了低温等离子体导致酵母线粒体中细胞色素c向细胞质释放,表明低温等离子体导致酵母细胞体内线粒体细胞色素c的释放和氧化还原状态发生了改变。

细胞体内细胞色素c的状态决定了细胞的命运。研究人员进一步通过Annexin V/PI流式分析发现等离子体诱导酵母细胞的死亡方式主要是继发性坏死(Secondary Necrosis)。通过免疫荧光和免疫共沉淀方法验证了程序性坏死典型特征的HMGB1的核释放和RIP1/RIP3坏死体形成。此外,他们还通过流式细胞分析了程序性坏死过程中会发生的一些生化指标结果发现低温等离子体诱导氧化应激诱导细胞质Ca2+线粒体ROS增加和线粒体膜电位降低,表明酵母细胞体内线粒体受到了损伤。利用合肥同步辐射光源软X射线纳米CT技术(soft X-ray Nano-CT technique爱彩票),对酵母细胞及其体内细胞器进行三维重构,确实观察到等离子体氧化胁迫导致酵母体内线粒体和液泡发生损伤,证实了通过线粒体损伤而发生的程序性坏死的过程。

该研究表明:利用低温等离子体可以诱导细胞氧化应激效应;利用拉曼光谱可以观测氧化胁迫导致的细胞死亡过程与模式;在一定的条件下,氧化胁迫可以导致细胞程序性坏死过程。

爱彩票该研究得到国家自然科学基金重点项目资助,部分实验与中科大合作完成,其中软X射线纳米CT成像实验得到中科大合肥国家同步辐射实验室技术支持。

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爱彩票酵母细胞低温等离子体处理、拉曼光谱观测实验实验图,以及拉曼光谱成像、酵母细胞的平均拉曼光谱及氧化态和还原态细胞色素c的拉曼光谱分析结果

低温等离子体诱导酵母细胞氧化应激,拉曼光谱观测细胞色素c状态,以及伴随线粒体损伤而发生细胞发生程序性坏死过程