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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
抗虫融合基因、融合蛋白质及其应用
本发明公开了一种抗虫融合基因,该基因包括从5’-3’依次含有编码BT晶体毒素Cry1的核苷酸序列和编码Cry9Aa毒素的核苷酸序列;且上述2个核苷酸序列位于同一个开放阅读框内。该抗虫融合基因包括Cry1Aa、Cry1Ab、Cry1Ac、Cry1Aa的修饰基因、Cry1Ab的修饰基因或Cry1Ac的修饰基因;还包括Cry9Aa或者Cry9Aa经过修饰的基因。本发明还同时公开了上述抗虫融合基因所编码的融合蛋白,该融合蛋白从N端至C端依次为Cry1晶体毒素和Cry9Aa毒素。本发明的融合蛋白能用于制备转基因抗虫农作物。
浙江大学 2021-04-11
一种丝腺蚕丝蛋白的提取方法
本发明公开了一种丝腺蚕丝蛋白的提取方法。将五龄熟蚕在水中浸死后,置于在一定温度下放置,直至丝腺体凝固后解剖取出;将得到的中部丝腺蚕丝蛋白原料用蒸馏水清洗,除去蚕体组织杂质,获得中部丝腺蚕丝蛋白;将得到的后部丝腺蚕丝蛋白原料用蒸馏水清洗,得到的后部丝腺蚕丝蛋白为后部丝腺丝素;将中部丝腺蚕丝蛋白中的外层进行剥离,外层剥离得到的蚕丝蛋白为中部丝腺丝胶,剥离剩余得到的内部蚕丝蛋白为中部丝腺丝素。本发明方法简单有效,避免了熟蚕直接解剖时丝腺蚕丝蛋白粘性而引起的操作不易性,具有劳动强度低、提取效率高、产物易干燥和保存等特点;其成品可用于食品、化妆品、组织工程、载药系统等多种领域,应用范围广。
浙江大学 2021-04-11
一种塑性丝胶蛋白膜的制备方法
本发明涉及一种塑性丝胶蛋白膜的制备方法。目前还没有一种工艺简单、制备条件温和、无有毒化交联剂、有较好的力学性能的塑性丝胶蛋白膜的制备方法。本发明的特点在于:依次包括如下步骤:(1)将蚕丝蛋白原料置于浓度为7-11mol/L的LiBr溶液中,于30-100℃的条件下溶解处理0.25-15min,得到不溶胶状物;(2)将步骤(1)中得到的不溶胶状物取出,用蒸馏水洗涤数次,除去不溶胶状物中的LiBr分子,得到丝胶蛋白胶体;(3)将步骤(2)中得到的丝胶蛋白胶摊开铺平,干燥后制得塑性丝胶蛋白膜。本发明的工艺简单、制备条件温和、不添加任何化学交联剂而获得具有较好力学性能的塑性丝胶蛋白膜。
浙江大学 2021-04-11
蛋白质药物聚氨基酸偶联技术
自1984年首个重组胰岛素获得批准以来,重组蛋白质药物因其高特异性及高活性逐渐受到人们的青睐;近5年来蛋白质药物批准的量已经隐隐赶超传统小分子药物。然而蛋白质药物往往药代动力学较差,循环时间短,需要高频次重复用药,给患者带来极大的生活不便及经济负担。另一个更为严重的问题是蛋白药物的高免疫源性。以各类重组抗体为例,即使完全人源化的抗体在多次注射后也会产生大量的抗药物抗体(anti-drug antibody,简称ADA);而ADA的产生轻则造成药物失去本身的药效,重则造成严重的过敏反应甚至威胁病人生命安全。因此,如何避免临床用药过程中(尤其是多频次给药过程中)ADA的产生成为蛋白质药物研发的必要前提。蛋白质PEG化不仅能够延长蛋白质循环时间,也能通过其自身的位阻效应一定程度上降低蛋白质的免疫源性。然而PEG本身会诱发免疫系统产生anti-PEG抗体(本质上也是一种ADA),进而导致其加速血液清除(简称ABC效应)。综上所述,寻找新的低免疫源性聚合物用于蛋白质修饰以同时实现长循环与抑制ADA产生迫在眉睫。 聚氨基酸(也称合成聚多肽)是一种模拟蛋白质多肽结构的合成高分子,可生物降解,生物毒性低,是理想的蛋白质药物修饰高分子。
北京大学 2021-02-01
SJ16重组蛋白及其应用
本技术成果首次提出将SJ16蛋白应用于制备血吸虫病诊断试剂,该方法不但可以区分血吸虫的既往或 现行感染,且检测灵敏度高,具有确切的早期诊断价值。
中山大学 2021-04-10
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
揭示环状RNA新功能—circRNA调控蛋白翻译过程
环状RNA(circular RNA, circRNA)circMYBL2通过招募RNA结合蛋白PTBP1调控癌基因FLT3 mRNA的翻译效率,从而促进了FLT3-ITD突变型白血的发生发展。该项研究成果首次报道新型非编码RNA circRNA以RNA-蛋白复合体形式发挥对翻译进程的正调控作用,揭示了环状RNA的新功能。  FLT3-ITD是在FLT3基因中间的一段串联重复序列突变,该突变可导致Y591等位点的自磷酸化,进而激发下游通路的过度激活,促进疾病进程。目前普遍认为FLT3-ITD突变型白血病预后极差且容易复发,因此,寻找新的 FLT3-ITD 白血病的药物靶点具有重要意义。该团队以FLT3-ITD突变型白血病为研究模型,深入研究circRNA潜在作用机制及其对该类白血病疾病进程的调控作用。研究发现,环状RNA circMYBL2在FLT3-ITD阳性白血病中高表达并特异性影响FLT3-ITD阳性白血病细胞的增殖、凋亡等一系列细胞功能,却对FLT3-ITD阴性白血病细胞无显著影响。 进一步研究显示,circMYBL2调控该疾病关键癌基因FLT3的蛋白翻译过程;揭示了circMYBL2与RNA结合蛋白PTBP1形成复合体促进了FLT3蛋白的翻译效率(如上图)。该工作报道了circRNA调控翻译的新功能。
中山大学 2021-04-13
高凝胶性大豆蛋白制作新工艺
研发阶段/n高凝胶性大豆蛋白制作新工艺。  成果简介:本成果能够增强市售大豆分离蛋白葡萄酸内酯凝胶、钙离子凝胶等凝胶的凝胶强度、持水性、溶解性等性质。可以拓展大豆蛋白在食品加工中的应用,增加大豆产业的附加值。  应用前景:本成果能改善大豆蛋白及易聚集的蛋白的加工性能,是一种辅助蛋白生产、蛋白食品加工的先进方法。对生产不同用途的蛋白产品有重要作用,具有广泛的应用前景。适合蛋白食品加工的企业。
华中农业大学 2021-01-12
新型重组融合蛋白预防与治疗龋粘膜疫苗
已有样品/n目前国内外尚无防龋疫苗上市,与正在研发的其他类型防龋疫苗相比,重组融合蛋白防龋疫苗能够高效激发免疫反应,刺激机体产生持久的免疫应答,尤其是口腔特异IgA抗体应答,提供预防和治疗保护。该疫苗生产制备采用目前已十分成熟的工程细菌表达和纯化技术、工艺简单、成本较低;产品可设计为冻干形式,保存运输不需冷链。疫苗接种通过鼻腔内黏膜直接无创伤滴注或直接喷雾,甚至可以自行接种,安全方便。越是发达的国家,龋病患病率越高。我国龋病患病率还在上升中,龋齿疫苗市场需求明显,产业前景广阔,一旦这种重组蛋白龋齿黏
中国科学院大学 2021-01-12
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