单催化域几丁质酶CmChi1多催化活性的分子机制研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21908102
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0812.生物化工与合成生物工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The development of broad-specificity chitinase with high catalytic efficiency and simple conversion process is the key to convert polymer chitin into a commercially valuable monosaccharide N-acetylglucosamine (GlcNAc) by single enzyme catalytic method. However, bottlenecks are still occurred in the process of chitin degradation, including lack of high efficient chitinase and unclear catalytic mechanism of these reported broad-specificity chitinases with a single catalytic domain etc.In our previous research, a novel broad-specificity chitinase Cmchi1 which displays endo-chitinase、exo-chitinase and N-acetyl-glucosaminidase activities with a single catalytic domain was screened. The hydrolysis efficiency and GlcNAc purity of Cmchi1 was higher than of other reported broad-specificity chitinases with a single catalytic domain. In this project, catalytic mechanism of broad-specificity chitinase Cmchi1 will be investigated by molecular simulation,molecular docking, molecular dynamics simulation and protein engineering. The structure and conformation of the active center and key amino acid residues involved in substrate recognition will be deep analyzed. The role and synergistic effect of the enzyme function modules will be revealed by expression and purification of Cmchi1 derivatives with splitting function domains. Using site-directed mutagenesis techniques to analyze the key factors involving correlation model of amino acid sequence,enzymatic structure and the broad-specificity catalytic activities. Multi-substrate recognition and broad-specificity catalytic mechanism of the Cmchi1 will be revealed with the combination of theoretical speculation and biochemical characterization. This study will open the door to the possibility of preparation of GlcNAc by single-enzyme method and provide a new insight and meaningful theoretical guidance for the artificial design of high performance broad-specificity chitinase.
开发催化性能优异的多功能几丁质酶是实现单酶法制备N-乙酰氨基葡萄糖的关键,目前报道的单催化域多功能几丁质酶催化效率低且催化机制不明晰。本课题组挖掘到一种单催化域多功能几丁质酶CmChi1,兼具外切酶、内切酶和N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性,且各功能催化活性匹配性好,水解几丁质制备N-乙酰氨基葡萄糖具有转化效率高、产物纯度高的显著特点。本项目拟对CmChi1单催化域多催化活性的分子机制进行研究,将通过同源建模、分子对接、分子动力学模拟、定点突变等手段,研究该酶不同结构域、不同催化活性间的相互作用及协同效应,构建CmChi1参与底物识别和多催化活性关键氨基酸残基的空间构象及其互作网络关系模型,明确关键氨基酸残基影响活性口袋的关键因素,阐明CmChi1底物识别和多催化活性的分子作用机制,为设计和构建各功能催化活性协调的多功能糖苷水解酶提供新的思路和借鉴,为理解和发展多功能糖苷水解酶奠定理论基础。

结项摘要

几丁质酶CmChi1独特的多功能催化特性与催化机制为研究单催化域多功能几丁质酶这类酶的结构与功能关系提供了性能优异的酶资源和理论研究模型,因此,阐明CmChi1底物识别和多催化活性的分子作用机制,有助于了解该类酶底物选择和催化机理的独特性。本项目通过截短表达和点突变对CmChi1的碳水化合物结合模块ChBD-AB的底物结合特性和机制进行了研究,优化获得结合模块ChBD-AB最佳的吸附和固定化条件,明确了参与底物结合的关键氨基酸残基;利用AlphaFold2蛋白质结构预测、分子对接和分子动力学模拟等手段,构建了CmChi1催化域GH18与几丁寡糖的对接图,模拟分析酶与酶-底物复合体的构象变化规律,分析酶与几丁寡糖分子间的对接状态、能量变化与酶底物口袋构象变化的关系,明确关键氨基酸残基影响活性口袋的空间效应、表面静电势及区域结构的关键因素;最后,基于底物结合特性,对碳水化合物结合模块ChBD-AB进行了应用拓展,探究其在酶的固定化与转化方面的应用。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Immobilization and Purification of Enzymes With the Novel Affinity Tag ChBD-AB FromChitinolyticbacter meiyuanensisSYBC-H1
梅园几丁质分解杆菌SYBC-H1新型亲和标签ChBD-AB对酶的固定化和纯化
  • DOI:
    10.3389/fbioe.2020.00579
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Frontiers in Bioengineering and Biotechnology
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Zhou Jie;Chen Jianhao;Zhuang Nisha;Zhang Alei;Chen Kequan;Xu Ning;Xin Fengxue;Zhang Wenming;Dong Weiliang;Jiang Min
  • 通讯作者:
    Jiang Min
Luteimonas wenzhouensis Sp. Nov., A Chitinolytic Bacterium Isolated from a Landfill Soil
温州黄藻单胞菌
  • DOI:
    10.1007/s00284-020-02293-9
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Current Microbiology
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Zhou Jie;Chen Jianhao;Ma Jieyu;Xu Ning;Xin Fengxue;Zhang Wenming;Zhang Hao;Dong Weiliang;Jiang Min
  • 通讯作者:
    Jiang Min
Fusion of Chitin-Binding Domain From Chitinolyticbacter meiyuanensis SYBC-H1 to the Leaf-Branch Compost Cutinase for Enhanced PET Hydrolysis
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  • DOI:
    10.3389/fbioe.2021.762854
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Frontiers in Bioengineering and Biotechnology
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Xue R;Chen Y;Rong H;Wei R;Cui Z;Zhou J;Dong W;Jiang M
  • 通讯作者:
    Jiang M
Pollutant Degrading Enzyme: Catalytic Mechanisms and Their Expanded Applications
污染物降解酶:催化机制及其扩展应用
  • DOI:
    10.3390/molecules26164751
  • 发表时间:
    2021-08-06
  • 期刊:
    Molecules
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Xu A;Zhang X;Wu S;Xu N;Huang Y;Yan X;Zhou J;Cui Z;Dong W
  • 通讯作者:
    Dong W

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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