Introducción al laboratorio de investigación del Instituto de Medicina Molecular de la Universidad de Pekín
El Centro de Investigación de Primates No Humanos del Instituto de Medicina Molecular utiliza principalmente primates y otros animales grandes para establecer modelos de enfermedades metabólicas y cardiovasculares, y realizar investigaciones sobre mecanismos de enfermedades e investigaciones preclínicas sobre nuevos fármacos.
Dirección de la investigación:
Para lograr una investigación médica traslacional "de las moléculas a los humanos", el Instituto de Medicina Molecular de la Universidad de Pekín ha establecido un centro de investigación de primates no humanos desde su establecimiento El centro de investigación establece principalmente modelos de complicaciones metabólicas y cardiovasculares basados en animales grandes como monos y perros a través de exámenes naturales y modelos quirúrgicos para proporcionar modelos de enfermedades más cercanos a los humanos para la investigación sobre los mecanismos de las enfermedades y la evaluación preclínica de nuevos medicamentos.
A través de varios años de arduo trabajo, hemos establecido con éxito modelos de enfermedades como el síndrome metabólico (EM) del mono rhesus, la diabetes mellitus tipo II (DM2), el infarto agudo de miocardio canino y la insuficiencia cardíaca crónica canina de estimulación rápida. , entre los cuales el modelo del síndrome metabólico del mono rhesus es actualmente el único modelo en el mundo que cuenta con datos detallados de seguimiento y pruebas durante varios años. En el proceso, también establecimos métodos de evaluación cardíaca no invasivos, como la vasodilatación mediada por flujo (FMD), la ecocardiografía de seguimiento de moteado bidimensional, la reserva de flujo coronario (CFR) y la angiografía cardíaca por primera vez en primates no humanos. enfoque funcional. Además, también somos una de las pocas instituciones en el mundo que puede colocar más de diez sondas de flujo sanguíneo, presión y desplazamiento en el corazón de los animales mediante cirugía, y monitorear y registrar varios parámetros en tiempo real en animales despiertos después de la cirugía.
Utilizando modelos de enfermedades de primates, simultáneamente llevamos a cabo estudios en profundidad sobre la patogénesis del síndrome metabólico y sus complicaciones cardiovasculares a diferentes niveles, como proteínas, ARN y ADN, y proporcionamos nuevos métodos para estos tratamientos básicos. Los objetivos y los nuevos métodos proporcionan nuevos biomarcadores para el diagnóstico y tratamiento tempranos.
Como el mejor modelo para la evaluación preclínica de nuevos fármacos, nuestros modelos de enfermedades animales de gran tamaño también desempeñan un papel importante. Actualmente, hemos realizado evaluaciones preclínicas de varios medicamentos nuevos a través de investigaciones colaborativas, y algunos de ellos han entrado en la etapa de ensayos clínicos. Los resultados de los estudios preclínicos han sido plenamente confirmados por expertos de reconocidas empresas farmacéuticas. El Laboratorio de Transducción de Señales de Calcio estudia principalmente las reglas universales y la regulación fisiológica de la señal celular de ROS y la transducción de señales de calcio, así como los mecanismos celulares y moleculares del desequilibrio de señales en ciertas condiciones patológicas. El contenido cubre moléculas individuales, orgánulos subcelulares, células y. niveles generales de calcio y dinámica de señales de ROS, imágenes moleculares in vivo y estudio de la complejidad de los sistemas de señalización biológica.
Principales líneas de investigación:
Biomedicina mitocondrial: Utilizando métodos de investigación de biología molecular, genética, fisiología y biofísica, desde el nivel molecular, celular, tisular y general, 1) Estudio mitocondrial. Regulación de la señal de ROS y de la señal de calcio 2) Explorar el mecanismo de los cambios morfológicos mitocondriales (fusión/fisión) y su importancia fisiopatológica 3) Combinar métodos de investigación genómica y proteómica para estudiar los canales de iones de calcio mitocondriales y las proteínas relacionadas con los poros de transporte de la membrana; su impacto en la morfología y función mitocondrial y encontrar posibles dianas farmacológicas para el tratamiento de enfermedades mitocondriales.
Biología de sistemas de señalización de especies reactivas de oxígeno: utilizando biofísica, biología de sistemas, biología molecular, fisiología y patología, etc., el mecanismo molecular de la generación de señales de ROS mitocondriales, señales de ROS en condiciones fisiológicas y patológicas, regulación y posible tratamiento antioxidante, etc., para estudiar de forma integral y sistemática el mecanismo de generación y regulación de la señal ROS y su importancia fisiopatológica. Incluyendo: 1) El mecanismo molecular y los factores reguladores de la superoxigenación; 2) Las funciones fisiológicas y patológicas básicas de la superoxigenación mitocondrial; 3) La relación entre la superoxigenación y las principales enfermedades; 4) Detección de la regulación de la función mitocondrial a partir de nuevos objetivos del proteoma mitocondrial; ) Investigación y desarrollo de nuevas sondas de especies reactivas de oxígeno y nuevos métodos de detección. Dirección de investigación del Laboratorio de Genética de Poblaciones Humanas: Las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte que amenaza la vida humana. Las enfermedades cardiovasculares comunes como la hipertensión, la enfermedad coronaria, la arritmia, la hiperlipidemia, etc. son causadas por los efectos combinados de factores genéticos y ambientales. Encontrar e identificar genes de susceptibilidad a las enfermedades cardiovasculares y estudiar el papel y el mecanismo de la interacción entre los genes de susceptibilidad y los factores ambientales en la aparición de enfermedades cardiovasculares son requisitos previos para la alerta temprana, la intervención, el tratamiento y el descubrimiento de nuevos objetivos farmacológicos para las enfermedades cardiovasculares.
Los métodos de investigación incluyen principalmente: 1) utilizar métodos citogenéticos para encontrar la relación entre anomalías cromosómicas y enfermedades genéticas en la población china; 2) buscar genes de enfermedades relacionadas con la familia mediante análisis de vinculación o métodos de genes candidatos basados en familias afectadas; genes de susceptibilidad a enfermedades genéticas o sitios de susceptibilidad cromosómica a través de análisis de asociación basados en la población 4) Establecer modelos animales transgénicos y modelos de ratones con genes knockout para estudiar el impacto de los cambios genéticos en la aparición de la enfermedad; Además, también utilizaremos métodos de genómica comparada para realizar comparaciones entre especies de las regiones promotoras de genes que desempeñan un papel importante en el desarrollo del corazón y, finalmente, aislaremos proteínas de unión en regiones altamente conservadas durante la evolución y trazaremos los procesos implicados en el corazón. desarrollo de la vía de la señal. Las mutaciones genéticas en estas moléculas de señalización son una base importante para las enfermedades cardíacas congénitas. Mapear las vías de señalización del desarrollo del corazón es un medio y método importante para comprender la patogénesis de las cardiopatías congénitas.
Desde su creación en 2006, el Laboratorio de Genética de Poblaciones Humanas ha creado una biblioteca de recursos genéticos con decenas de miles de muestras de ADN de sangre. La biblioteca de recursos incluye muestras de ADN de poblaciones esporádicas, poblaciones de ancianos y familias como hipertensión, enfermedad coronaria, arritmia, hiperlipidemia, síndrome de Marfan, diabetes y sus correspondientes datos clínicos.
En la actualidad, el laboratorio de investigación ha establecido una plataforma tecnológica de tipificación genética:
Secuenciador ABI3130XL: utilizado para secuenciación de ADN y genotipado basado en diferentes longitudes de fragmentos.
Hibridizador de alto rendimiento Affymetrix TG: escaneo de SNP de genoma completo, análisis de perfil de expresión de genoma completo, análisis de CGH y promotores, etc. El Laboratorio de Biofísica Celular estudia principalmente los mecanismos de secreción celular, la dinámica de la secreción celular y la endocitosis, los canales iónicos celulares, los receptores y los potenciales de acción, así como la contribución de la secreción celular a las funciones de los sistemas nervioso, endocrino y cardiovascular. Utilizamos tecnologías biofísicas avanzadas como pinzas de parche, capacitancia de membrana celular, electrodos electroquímicos de microfibra de carbono, medición de fluorescencia intracelular [Ca2+]i, imágenes FM de fluorescencia enfocada, fotólisis de complejos de iones de calcio intracelulares, etc., realizamos mediciones en tiempo real. Registro de electrofisiología y electroquímica en cortes de tejido fresco o animales vivos. Somos buenos para mejorar las tecnologías y teorías analíticas de microelectrónica, óptica e instrumentos mecánicos existentes, diseñar nuevos métodos (dispositivos y teorías) y descubrir las respuestas a importantes problemas biomédicos a través de una cooperación complementaria y mutuamente beneficiosa con expertos biomédicos nacionales y extranjeros.
El grupo de investigación actual se centra principalmente en las siguientes cuatro direcciones:
(1) Estudiar la relación entre los canales iónicos, los potenciales de acción y la secreción cuantificada en células individuales:
En el estado de reposo de una célula, la membrana celular se polariza. Cuando se estimula, los canales iónicos de la membrana celular cambian, es decir, la permeabilidad de la membrana celular cambia, generando un potencial de acción. Utilizamos cuatro parámetros para codificar el mismo conjunto de potenciales de acción y descubrimos que la secreción está regulada por la codificación del potencial de acción. Esto proporciona una base biológica para la información codificada por los potenciales de acción.
En el estudio del mecanismo de los canales de secreción de las células cromafines suprarrenales de rata durante la endocitosis/exocitosis, encontramos que el ATP puede inhibir la secreción celular a través de dos vías: el 50% a través de los canales iónicos de calcio, el 50% pasa a través de los poro secretor. El ATP reducirá el tiempo de apertura del poro secretor y utilizará un método de "besar y correr" para la exocitosis. Además, también estudiamos la relación entre los poros secretores y la secreción cuantificada dependiente del voltaje en las células gliales.
Los canales iónicos son la base para generar potenciales de acción y también son objeto de investigación en nuestro laboratorio. Entre ellos, los canales iónicos de sodio (inactivados), los canales iónicos de potasio dependientes de iones calcio (BK, SK) y. El canal HCN (marcapasos) es el foco de nuestra investigación. En 2004, descubrimos que los canales de HCN, como canales iónicos que pueden generar potenciales de acción rítmicos, no solo permiten el paso de iones de sodio y potasio, sino que también permiten el paso de iones de calcio. El 0,5% de la corriente generada es aportada por iones de calcio. .
Endocitosis y exocitosis en cuerpos celulares de neuronas GRD. En 2002, descubrimos que hay una señal secretora insensible al Ca2+ pero sensible al voltaje (CIVDS) en el cuerpo celular de esta neurona. En 2004, se descubrió la endocitosis rápida inducida por CIVDS (CIVDS-RE). Estos trabajos se convirtieron en el primer contraejemplo bien documentado de la hipótesis tradicional de la secreción de iones de calcio de Katz.
(2) Estudio de "acoplamiento estimulación-secreción" en cortes finos del cerebro (u otros órganos):
Todos los anteriores se basan en células aisladas individuales. que las células individuales cultivadas han abandonado su entorno fisiológico original y su rendimiento fisiológico también es anormal. Así que dirigimos nuestra investigación a cortes de cerebro (u otros órganos) y, utilizando los nuevos electrodos de fibra de microcarbono que desarrollamos, estamos registrando señales eléctricas celulares y señales de secreción química en el locus coeruleus (LC), el hipocampo, las glándulas suprarrenales y otros rebanadas. En este momento, las células grabadas aún mantienen contacto con otras células.
(3) Estudio "acoplamiento estimulación-secreción" en el cerebro (u otros órganos) de animales vivos:
Aunque las células en cortes de tejido son "más complejas" que las células individuales en cultivo "fisiológico", pero en comparación con las células in vivo, todavía hay una gran diferencia y no se puede descartar la pregunta "puede ser diferente en condiciones fisiológicas". Por lo tanto, llevamos el tema a la grabación del cerebro vivo (u otros órganos). Aplicando los nuevos electrodos de fibra de microcarbono que desarrollamos, estamos detectando las señales eléctricas y electroquímicas secretadas por neurotransmisores en células como el cuerpo lúteo y el hipocampo del cerebro de los mamíferos.
(4) Estudiar el "acoplamiento estimulación-secreción" nervioso sobre las células, tejidos y órganos vivos del sistema cardiovascular:
Los efectos del sistema nervioso autónomo (simpático y parasimpático) sobre el sistema cardiovascular El sistema tiene una regulación importante (excitación, inhibición), que es un vínculo necesario para que los animales (incluidos los humanos) respondan a emergencias en el medio ambiente. El sistema cardiovascular, por otro lado, controla la actividad normal de los nervios a través de vasos sanguíneos, sangre y oxígeno que penetran en los sistemas nerviosos central y periférico. Utilizando los nuevos electrodos de microfibra de carbono que hemos desarrollado, estamos estudiando el "acoplamiento estimulación-secreción" de los nervios periféricos mediante electricidad o hipoxia en las células, tejidos y órganos vivos del sistema cardiovascular de los mamíferos. Señales eléctricas celulares y neurotransmisores. Señales electroquímicas secretadas. . El Laboratorio de Secreción y Metabolismo Celular se comprometerá a desarrollar tecnología de imágenes y métodos de análisis avanzados, combinados con métodos electrofisiológicos tradicionales y métodos de biología molecular, para dilucidar el tiempo y el espacio de la secreción de insulina en la aparición de enfermedades relacionadas con el metabolismo desde el punto de vista molecular. cambios a nivel celular y orgánico y su relación con la aparición y progresión de la enfermedad.
Principales direcciones de investigación:
El Laboratorio de Investigación de Metabolismo y Secreción Celular construirá una plataforma de imágenes de fluorescencia de reflexión interna total de cuatro colores líder a nivel internacional para detectar el proceso de secreción de insulina. Luego explore y establezca sistemáticamente una plataforma de algoritmo para extraer y analizar las características espaciales y temporales del proceso de secreción de insulina (en imágenes de fluorescencia masiva). Mediante la combinación de software y hardware, el laboratorio de investigación realizará la estructura de superresolución de moléculas de proteínas individuales (nanoescala), complejos de proteínas (nivel de ~10 nm), orgánulos como vesículas (nivel de ~100 nm), células individuales (~ 10 μm ) e imágenes nanomicroscópicas a nivel de todo el islote (∼ mm). Aplicando las tecnologías desarrolladas antes mencionadas, el Laboratorio de Investigación de Metabolismo y Secreción Celular detectará de forma rápida, cuantitativa y de alto rendimiento diversas características de la secreción de insulina pancreática en diferentes animales como ratones, ratas y primates en varios niveles, y comparará estas características. La tecnología se aplica al estudio de los cambios en las características de la secreción de insulina durante la patogénesis, revelando la relación entre los cambios en la liberación de insulina y la aparición de la diabetes. Además, la plataforma de análisis de detección de insulina de alto rendimiento desarrollada también proporcionará medios para la detección de drogas relacionadas en el futuro. Nuestra investigación se centra en el uso de cultivos de células de mamíferos, peces cebra y modelos de ratón para explorar los mecanismos del desarrollo y las enfermedades cardiovasculares y cerebrovasculares. Nuestro objetivo general es utilizar la genética molecular y otros métodos para descubrir los mecanismos moleculares de formación y diferenciación de células madre en el corazón y los vasos sanguíneos. Estos estudios sugerirán nuevas dianas terapéuticas y podrán aportarnos nuevos tratamientos con células, genes y moléculas pequeñas.
Células madre vasculares y desarrollo
El concepto de que los hemangioblastos son células madre de células endoteliales y células hematopoyéticas se propuso hace un siglo. Actualmente, las células madre embrionarias de ratón se diferencian en cuerpos embrioides y en pez cebra. embriones. Se encuentra en el hemangioblasto. Sin embargo, actualmente no está claro cómo se diferencian los hemangioblastos de las células del mesodermo braquiuria+ y la base molecular que determina la especificidad de los hemangioblastos. Recientemente clonamos un nuevo licatraz del pez cebra y clonamos su ortólogo de rata, Lycat. Lycat es necesario para el desarrollo de los vasos sanguíneos y la sangre en el pez cebra y los cuerpos embrioides.
Nuestra investigación en curso incluye el estudio de las funciones de lycat y genes posteriores en el desarrollo de hemangioblastos a través del cultivo de células madre de ratón, lycat knockout y peces cebra y ratones transgénicos. Utilizamos la clonación posicional para estudiar el papel de varios mutantes neovasculares en el desarrollo y la maduración vascular.
Desarrollo, regeneración y enfermedades cardiovasculares y cerebrovasculares del corazón y los vasos sanguíneos
Los organismos modelo como el pez cebra desempeñan un papel importante en el estudio de las vías genéticas de la morfogénesis y el desarrollo cardíaco. El pez cebra también tiene una capacidad asombrosa para regenerar sus corazones. Sin embargo, las bases genéticas y epigenéticas del desarrollo y la regeneración cardíaca siguen sin estar claras. Utilizamos varios mutantes de pez cebra, como cloche sin endocardio, fl02k y cinta adhesiva con función cardíaca anormal, como un gran avance para estudiar las células precursoras endocárdicas y la señalización endocardio-miocárdica en la morfología del corazón. Estudiar cómo se forman las células precursoras endocárdicas, cómo cloche y lycat afectan a las células del mesodermo para formar células precursoras endocárdicas, estudiar cómo la integrina y otras vías desempeñan el papel de moléculas mecanorreceptoras en los cardiomiocitos, estudiar la integrina, la cinta adhesiva y el papel de la vía de señalización Rad en desarrollo y enfermedades cardiovasculares y cerebrovasculares, además de explorar los mecanismos moleculares involucrados en la regeneración del corazón del pez cebra. El Laboratorio de Investigación de Transducción de Señales Celulares se dedica principalmente a la investigación en las siguientes áreas:
(1) Transducción de señales de subtipos de receptores beta-adrenérgicos en el sistema cardiovascular;
(2) Exploración e investigación sobre genes relacionados con enfermedades cardiovasculares;
(3) Apoptosis, hipertrofia y regeneración de células miocárdicas;
(4) Vías de señalización de la aterosclerosis. El Laboratorio de Biología Vascular estudia principalmente las importantes funciones fisiológicas de las células vasculares (proliferación, secreción y supervivencia celular, etc.), los cambios patológicos y los mecanismos moleculares relacionados con las principales enfermedades cardiovasculares y cerebrovasculares. Los métodos y medios de investigación incluyen células cultivadas primarias, tiras vasculares aisladas y ratones con genes knockout.
Direcciones de investigación: 1. Transducción de señales de células endoteliales vasculares y células de músculo liso. Estudiar las respuestas biológicas (como proliferación, secreción, etc.) de las células vasculares inducidas por diversos factores biológicamente activos (especialmente factores de crecimiento), estimulación mecánica (como fuerza de estiramiento, fuerza de corte) y sus vías de transducción de señales intracelulares. La atención se centra actualmente en las vías de señalización mediadas por las moléculas de señalización Gab, Shp2, PLCgamma1, etc. y su papel en las funciones biológicas. Se espera que a través de este estudio podamos revelar los mecanismos moleculares de las funciones fisiológicas y los cambios patológicos de las células endoteliales y del músculo liso, y encontrar nuevos objetivos para la prevención y el tratamiento de enfermedades cardiovasculares y cerebrovasculares.
2. Mecanismos moleculares de angiogénesis relacionada con tumores y formación de tumores de células endoteliales. Utilizando una variedad de técnicas como biología celular, sobreexpresión genética y silenciamiento genético, combinadas con ratones transgénicos y muestras de hemangioma humano, estudiamos la angiogénesis relacionada con tumores y los mecanismos reguladores de señales de la formación y regresión de tumores vasculares. Se espera que a través de este estudio revelemos los mecanismos moleculares de la angiogénesis relacionada con tumores y la formación de tumores vasculares, y encontremos nuevos objetivos para la prevención y el tratamiento de tumores.
3. Los mecanismos celulares y moleculares de los trastornos del metabolismo de los lípidos relacionados con el daño de las células endoteliales (comunes en la obesidad) y la resistencia a la insulina (comunes en la diabetes). Los trastornos del metabolismo de los lípidos (comunes en la obesidad) y la resistencia a la insulina están estrechamente relacionados con el daño de las células endoteliales. La atención se centra actualmente en el estudio de la lipina, una molécula clave relacionada con los trastornos del metabolismo de los lípidos (comunes en la obesidad) y la resistencia a la insulina. Se espera que este estudio no sólo promueva la comprensión de los mecanismos moleculares de los cambios fisiopatológicos relacionados, sino que también encuentre nuevos objetivos para la prevención y el tratamiento de enfermedades relacionadas.