1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
血红素加氧酶（heme oxygenase, ho）是一种广泛存在的抗氧化防御酶[1]，可将血红素分解并生成一氧化碳、游离铁以及胆绿素[2]。目前研究较详尽的有两种同工酶，其中ho-1为氧化应激诱导蛋白，在细胞处于应激状态时可被诱导表达，如金属离子胁迫、热休克、谷胱甘肽耗竭等；ho-2则为组成型表达，当ho-1和ho-2过表达时小鼠细胞脂质过氧化显著降低[3]。ho-1降解血红素生成的一氧化碳是重要的细胞信号分子，如可作为神经递质发挥作用等[4]；铁可通过芬顿反应（fe2 h2o2 → fe3 oh- oh·）[5]中产生的羟基自由基攻击多不饱和脂质而引发脂质过氧化，applegate等[6]研究表明，在真皮成纤维细胞中，ho-1降解血红素产生的游离铁会使细胞内铁蛋白的含量增加，细胞螯合铁的能力增强，从而能增加细胞对氧化应激的抗性；胆绿素被胆绿素还原酶还原形成的胆红素则是一种有效的抗氧化剂[7]。
铁死亡作为近几年新定义的死亡形式被人们逐渐重视，yagoda等[8]用erastin处理含有致癌的ras（一种癌基因）的细胞，发现会导致细胞内氧化物质的出现，以及随后的通过氧化机制造成的细胞死亡，进一步研究表明致癌ras上调了转铁蛋白受体1，下调了铁蛋白重链1和铁蛋白轻链，以提高可变铁池水平，使转化有ras的细胞铁含量高于正常细胞，且铁螯合剂可以抑制erastin 诱导的铁死亡[9]。2012年，dixon等[10]将ras选择性致死小分子erastin触发的这种独特的铁依赖性非凋亡性细胞死亡形成命名为铁死亡。目前研究发现很多人类疾病的产生和细胞死亡方式有关，如自噬、坏死等，但在对这些细胞死亡方式的过程进行靶向治疗时，效果却并不十分理想[11]，而铁死亡在抑制某些种类的癌症中扮演重要角色，如肝癌、胰腺癌、前列腺癌和乳腺癌；相反，铁死亡的激活会加速神经退行性疾病的发展，如帕金森综合征和阿尔茨海默病等，所以可利用铁死亡的激活剂或抑制剂来实现对某些癌症或神经退行性疾病的治疗效果[12]。此外还有其他类型疾病如溶血性疾病与铁死亡相关[13]。由此，对铁死亡过程进行深入研究，对于人类健康有重要意义。
铁死亡的特征主要有铁依赖性、脂质过氧化、活性氧的积累等，而ho-1具有抗氧化功能，collinson等[14]研究表明，在酿酒酵母中存在着编码ho-1基因hmox1的同源基因hmx1，并在hmx1缺失突变体中，检测到gsh1等基因的下调。gsh1编码γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶，参与谷胱甘肽（gsh）的合成[15]，而谷胱甘肽又是谷胱甘肽过氧化物酶4（gpx4）的辅助因子，可催化脂质过氧化物的还原，保护细胞免受氧化应激损伤。yang等[16]的研究表明，rna干扰介导的gpx4的敲低诱导铁死亡；angeli等[17]利用gpx4双敲除的小鼠，证明了gsh/gpx4在预防脂质过氧化诱导的急性肾衰竭和相关死亡中的重要作用，表明gpx4的敲除会导致病理相关形式的铁死亡。所以，ho-1可能对gpx4起间接调控作用。另外ho-1降解血红素的产物之一就是游离铁，而细胞中的铁是诱导铁死亡发生的重要因素，hirayama等[18]通过使用fe2 的荧光探针，成功观察到了在由erastin诱导的细胞发生铁死亡前，溶酶体和内质网中不稳定的fe2 异常升高，为铁死亡中铁的参与提供了直接证据。 fang等[19]研究表明，使用hmox1抑制剂可明显缓解用阿霉素诱导的小鼠心脏中铁死亡的发生发展，保护心脏功能，而诱导hmox1过表达则产生相反结果，因为ho-1可使铁离子从血红素中释放出来，在心肌细胞中积累从而诱发铁死亡。由此，研究ho-1的功能，可能为对铁死亡进行深入研究提供参考。
2. 研究的基本内容和问题
研究目标及内容：
制备并获得酿酒酵母hmx1基因缺失的突变体，在镉胁迫条件下，与野生型酵母在生长状态、基因表达量、线粒体状态、铁代谢等方面进行对比，探究该基因在酵母响应镉胁迫中的作用，分析其功能。
拟解决的关键问题：
3. 研究的方法与方案
研究方法：
pcr技术： 进行基因敲除组件的扩增制备，并检测基因是否存在于酵母基因组中。
琼脂糖凝胶电泳：检测pcr结果及纯化基因片段。
4. 研究创新点
通过对酿酒酵母中HMX1基因进行相关突变体的制备，并对其进行在镉胁迫中的作用的研究，从而进一步理解其同源基因HMOX1基因的功能及作用机理。
5. 研究计划与进展
2018年11月至12月 完成文献综述写作
2019年1月至2月 完成文献查找、筛选及前期实验方案设计
2019年3月 完成开题报告及进行酿酒酵母突变体的制备
