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关于蛋白质机器动力学的研究
泛素-蛋白酶体体系(Ubiquitin-Proteasome System,简称UPS)是细胞内最重要的蛋白质降解通路,对维持生物体内蛋白质的浓度平衡,以及对调控蛋白、错误折叠或受到损伤的蛋白的快速降解起着至关重要的作用,参与了细胞周期、基因表达调控等多种细胞进程,由UPS失常引发的蛋白质新陈代谢异常与众多人类重大疾病直接相关。2004年,Aaron Ciechanover, Irwin Rose和Avram Hershko三位科学家被授予了诺贝尔化学奖,以表彰他们对该降解通路的发现。UPS中蛋白酶体是细胞中最基本的、最重要的不可或缺的、最为复杂的大型全酶超分子复合机器之一,人源蛋白酶体全酶包含至少33种不同的亚基,总原子质量约为2.5MDa。美国FDA批准的多种治疗癌症的药物分子即以蛋白酶体为直接靶标。近年来,随着冷冻电镜技术的发展和应用,人们对这一大分子机器的结构和功能研究得以不断深入。2016年,毛有东课题组与合作者报道了人源蛋白酶体基态的3.6Å冷冻电镜结构及其他三个亚纳米分辨构象,并首次发现一个亚稳态构象的核心颗粒(Core Particle,简称CP)底物转运通道处于开放状态(见PNAS 2016, 113: 12991-12996)。2018年4月,该课题组又报道了6个ATPγS结合状态下的26S动态结构,包括三个CP开放态对应的亚稳简并态近原子分辨(4~5Å)结构(见Nature Communications 2018, 9: 1360)。尽管这些工作揭示了蛋白酶体的基本架构和内在运动行为,但由于缺乏蛋白酶体与底物之间的相互作用,人们对于蛋白酶体如何实现底物降解的原子水平工作机制仍一无所知。此外,尽管冷冻电镜技术近年来广泛应用于分析具有动态特征的蛋白复合体结构和平衡态构象,但对其中间态结构和非平衡构象分析的分辨率水平往往局限在4~6埃或更低,离真正的全原子水平动力学分析还有相当一段距离。 为了真正实现原子水平的蛋白酶体底物降解动态过程的冷冻电镜三维重建和动力学表征,毛有东课题组攻克了两大技术难题。其一,如何在蛋白酶体完成底物降解之前抓到它的所有可能的中间态构象?课题组发展了一种新颖的核酸置换法,利用ATPγS降低AAA-ATPase激酶水解活性的特点,在底物降解中间过程,通过将ATP快速置换成ATPγS,结合快速冷冻的优势,从而扑捉到蛋白酶体在底物降解过程的中间态。其二,如何在从冷冻电镜数据中分析出更多构象的同时,还把分辨率做到3埃甚至更好?课题组通过多年持续努力,发展了多种基于人工智能和机器学习的冷冻电镜图像聚类的新型算法,并针对蛋白酶体的动力学特征,设计了一套极其有效的整合了多种算法的多构象分类流程。通过这两套技术方案的完美结合,课题组成功解析了人源蛋白酶体在降解底物过程中的七种不同的、但差别甚微的、高分辨原子水平的天然态构象(Native states),完整展示了蛋白酶体从泛素结合到去泛素化,再到底物转运的动态过程。与同期在Science上发表的与底物结合的酵母蛋白酶体的4.2-4.7埃冷冻电镜结构(Science doi: 10.1126/science.aav0725,来自加州伯克利分校和Scripps研究所)相比,该Nature论文不仅总构象数量多一倍,全部构象分辨率还高1-2埃。由于Science论文采用了抑制Rpn11去泛素活性的策略,其非天然态结构中底物并不能真正自由转运,所推测的机理仅限于底物转运这一步,对于其他三大Nature论文所回答重要问题均无法给出答案。这体现了该Nature论文不仅在实验方法的原创性上和数据分析水平和质量上,更在科学发现和问题探究的深度和广度上大幅超越了来自Science的竞争性论文。图一 七个利用冷冻电镜解析的精细原子结构完整揭示了从泛素识别、去泛素化反应、转运启动和持续降解的核心功能动态过程。 作为整个蛋白酶体的动力来源与运转核心,AAA-ATPase激酶分子马达展现出了三种不同的核苷酸水解协作模式,6个ATPase亚基协调工作,交替与底物发生相互作用。在去泛素化过程(EB态)中,处于对立位置的两个ATPase亚基Rpt2与Rpt4水解ATP,而Rpt5与Rpt6则释放ADP,ATPase内的底物转运通道被打开,使得底物可以进入轴心通道;与此同时,去泛素化酶Rpn11亚基与泛素及底物发生相互作用,执行其作为去泛素化酶的功能;在转运起始过程(EC态)中,相邻的两个ATPase亚基Rpt1与Rpt5会同时水解ATP,调控颗粒(Regulatory Particle,简称RP)发生大规模转动并释放泛素;在底物去折叠与转运过程(ED态)中,三个相邻的ATPase亚基会分别同步进行ATP的结合、ADP的释放与ATP的水解,这一过程会单向传递下去,将ATP水解释放的化学能转换为机械能,使得相应的ATPase亚基发生刚体转动,推动底物的去折叠和单向输运,同时CP的转运通道入口打开,底物被送入通道中进行降解。这些研究结果为几十年来对蛋白酶体功能的研究提供了宝贵的第一手原子结构和动力学信息,对于理解生物体内蛋白质的降解过程和一系列负责物质输运的ATPase马达分子的一般工作原理具有极为重要的科学意义。
北京大学 2021-04-11
可遗传编码的组蛋白光交联标签
组蛋白的翻译后修饰对于表观遗传调控及多种生物学过程具有重要意义。一系列新的赖氨酸化学修饰(如巴豆酰化、琥珀酰化等)展示出组蛋白修饰前所未有的多样性及动态变化特征。可遗传编码的光交联探针已经成为研究活细胞内蛋白-蛋白相互作用的重要工具,成功地将该技术拓展到组蛋白的化学修饰研究中,开发了可遗传编码的组蛋白光亲和标签,将会极大地推动组蛋白化学修饰的识别机制和功能研究。该技术的设计包括两个部分:a)一套带有翻译后修饰的赖氨酸遗传编码系统,可以在特定位点插入带修饰的赖氨酸。此外,在赖氨酸的主链上还带有光交联基团,可在UV光下与修饰相关的蛋白发生共价交联,可以用于研究该修饰特定的效应蛋白。b)一套带有保护基团的赖氨酸遗传编码系统,保护基团可以在大肠杆菌自身的还原性环境中发生脱除,将带有光交联基团的赖氨酸定点插入到组蛋白当中,用于证实交联到的效应蛋白的特异性。该团队以巴豆酰化修饰为代表,发展了该技术对应的赖氨酸巴豆酰化修饰的光交联探针(K*cr)和带有保护基团的光交联探针(PNBK*)两个探针,将这两种探针分别引入到组蛋白H3的56位和79位,并通过光交联基团捕捉到了H3上79位巴豆酰化的去乙酰化酶Sirt3。
北京大学 2021-04-11
Toll 作用蛋白(Tollip)在脑卒中疾病中的应用
本发明公开一种 Toll 作用蛋白(Toll-interactingprotein,Tollip)基因在脑卒中疾病中的功能和应用,属 于基因的功能与应用领域。本发明以 Tollip 基因敲除小鼠为实验对象,通过大脑中动脉缺血再灌注模型, 结果表明与野生型对照小鼠对比,Tollip 基因敲除小鼠脑袋梗死体积明显减少,神经功能明显好转,脑 袋死亡的细胞
武汉大学 2021-04-14
鱼类蛋白系列产品的开发与应用
一、成果简介 该技术成果在系统地研究分析了鱼类主要成分鱼肉、鱼骨、鱼皮成分组成及蛋白质功能特性的基础上,分别以鱼肉、鱼骨、鱼皮为主要原料,通过特定原料预处理、生物酶解技术,结合现代分离、干燥等技术开发了 系列具有特定功能的鱼类蛋白、鱼肉蛋白肽、鱼皮蛋白肽、鱼骨蛋白钙等产品。根据鱼类蛋白各类产品的功能和加工特性,开发加工成各类营养功能食品、美容护肤品、生物保鲜剂、抗冻剂等具有特定用途的系列产品。
中国农业大学 2021-04-14
中国荷斯坦牛高蛋白新品系的培育
一、项目简介 奶牛遗传物质多年来主要依靠进口,本研究正是以自主培育种公牛为出发点,降低进口依赖。中国奶业尚未发展到以乳蛋白率定价,但从国际发展趋势,这是迟早的现实,建立健全传统育种体系同时研发分子育种关键技术,是应对可能发生的国家安全问题。高乳蛋白是对优质原料奶鲜奶的最高要求,作为最全价的动物蛋白,是奶酪生产的关键,因此本研究成果对国家利益、公民公共利益以及产业发展都用重大影响。对于影响乳蛋白的重要基因,通过验证其在中国荷斯坦牛群中的功能;同时又利用
中国农业大学 2021-04-14
新型重组融合蛋白
本发明涉及一类新型重组融合蛋白,其基本结构为{GLK}p-R-{GLK}q,其中R是有生物学功能的蛋白或多肽,GLK为重组明胶样蛋白(gelatin-like protein,GLK),具有(Gly-X-Y)n明胶结构特征的蛋白序列。与未融合有GLK片段的原始蛋白/多肽相比较,这类重组明胶样融合蛋白具有更高的亲水性,在体内具有更长的半衰期。本发明也包括编码该融合蛋白的核苷酸序列,含核苷酸序列的表达载体,转化有该类载体的宿主细胞以及制备本发明所涉及的融合蛋白的方法。此外,还包含含有该类融合蛋白的药用组合物以及用于治疗、预防或缓解疾病的方法。
浙江大学 2021-04-11
一种聚氨酯水分散体胶黏剂的连续生产方法
本技术成果是在合成水分散体聚氨酯工艺中,采用特殊的复合剪切乳化分散工艺,把中和过程中的第 一步混合放在了静态混合器中,第二步将混合物放在动态混合器中,动静混合方式结合制备出具有稳定的 水性聚氨酯。另,尝试采用含有羧基和磺酸基复合水性单体体系,分别在预聚体合成工艺的聚合阶段和扩 链阶段加入,从而使离子基团在大分子中的分布更均匀,有利于预聚体的分散和提高贮存稳定性。连续过 程短的保留时间大大减小了水和异氰酸酯的反应机会,而且二胺将与异氰酸酯充分反应,从而避免扩链剂 的过量加入。利用连续分散法得到的水性聚氨酯乳液粒径平均在100nm~200nm之间,稳定性较批量加料 法高。本技术成果解决了目前间歇合成工艺中需要高能剪切搅拌器,对设备要求较高,消耗大量的能量以 及产品质量不稳定的缺点。
中山大学 2021-04-10
中间补料发酵生产块菌活性菌丝体和块菌多糖的方法
研发阶段/n本发明公开了一种中间补料发酵生产块菌活性菌丝体及块菌多糖的方法。本发明在块菌属液体深层发酵过程中,在适当的时间向培养体系中补加一定量的碳源和/或氮源,可有效促进菌丝体生长和块菌多糖的生物合成,提高生物量和块菌多糖的产量。本发明方法提高了设备利用率、进一步节省生产成本,为块菌属液体深层发酵生产活性菌丝体和块菌多糖的工业化生产奠定了基础。
湖北工业大学 2021-01-12
铁基、钴基、镍基非晶合金粉末的生产方法
该技术采用共沉积+剥离+破碎法制备非晶合金粉末,摆脱了水雾法对非晶成形能力的限制,适用于可以与铁、钴、镍一起共沉积元素合金体系非晶合金粉末的生产。该粉末适合用于磁性材料、催化剂等领域。 该成果已申请一系列(镍基、铁基、钴基的非晶电镀,非晶粉末,催化电极等)发明专利,已有部分取得授权。
长沙理工大学 2021-01-12
N 乙酰葡萄糖胺在制备用于诱导非小细胞肺癌细胞凋亡的制剂中的用途
本发明提供了N 乙酰葡萄糖胺在制备用于诱导非小细胞肺癌细胞凋亡的制剂中的用途,本发明从动物水平、细胞水平和分子水平的实验明确了N 乙酰葡萄糖胺能够与肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体协同作用,从而增强TRAIL对非小细胞肺癌的抑瘤作用,本发明从分子水平揭示二者协同作用后死亡受体的活性及蛋白量改变,阐释了N 乙酰葡萄糖胺促进TRAIL诱导非小细胞肺癌凋亡的作用机制。本发明首次将N 乙酰葡萄糖胺与肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体协同作用应用于抗非小细胞肺癌的研究中,这对于提高肿瘤细胞对TRAIL的敏感性,扩大其应用范围意义重大。
青岛大学 2021-04-13
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