DNA修饰依赖型HNH核酸内切酶切割活性机制及应用研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31871250
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0602.基因表达及非编码序列调控
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Versatile defense systems including CRISPR-Cas are developed in bacteria to prevent the invasion of phages and mobile elements, they generally use endonucleases as weapon to destroy the alien DNA. Discrimination of incoming DNA from its own is not dependent on nuclease catalytic domain, but on the cognate DNA recognition domain, which has variable specificity in the selection of DNA target sequence, and different affinity to diverse DNA modifications. HNH nuclease domain is widely distributed in all three kingdoms of life with as small as 25 to 50 amino acids residues in length. We previously identified three functional DNA modification-dependent HNH nucleases in Streptomyces, namely, ScoMcrA, SprMcrA and Sco5333. The first two proteins displayed low DNA cleavage activity in vitro, usually with 20% of DNA digested. Moreover, both of them made multiple cleavages in the vicinity of DNA modification site, in a similar way to non-stringent cleavage by Cas9-HNH. By contrast, Sco5333 only showed weak single-strand nicking activity, another modification-dependent HNH endonuclease EcoMcrA didn't show any DNA cleavage activity at all. Based on the comparative analysis of above four endonuclease homologs, this project aims to improve their in vitro DNA cleavage activity and specificity through systematic mutations, truncations and combination with other well-studied catalytic or recognition domains. The engineered proteins with enhanced efficiency and specificity will not only help to uncover underlined new mechanism in enzyme catalysis, but also be of potential tools for epigenetic study.
微生物使用多样化的防御系统来抵挡噬菌体和可移动元件的入侵,绝大部分使用核酸内切酶直接降解外来DNA,核酸酶切割结构域无法区分自身和外来DNA,依靠偶联的DNA识别结构域实现靶DNA序列的选择性,决定核酸酶DNA修饰的敏感性或依赖性。HNH核酸酶是广泛存在于三界生物中小而保守的蛋白家族。本项目前期从链霉菌中鉴定了三个体内高活性体外低活性的DNA修饰依赖型HNH核酸酶ScoMcrA,SprMcrA和Sco5333,类似于Cas9-HNH,前两个蛋白体外DNA切割位点不专一,Sco5333仅有DNA单链切割活性;而大肠杆菌中修饰依赖型HNH核酸酶EcoMcrA至今也无法实现其体外DNA切割活性。本项目将对这四个同源HNH蛋白进行比较研究,通过系统突变和杂合,来提高它们的DNA切割效率和专一性,阐明金属离子,识别结构域以及HNH基序中潜在的关键氨基酸残基调控DNA切割效率和专一性的机理。

结项摘要

本研究中的SBD是靶向DNA硫修饰的一种识别结构域,自然界中SBD与HNH核酸酶结构域偶联构成硫修饰依赖型的限制酶。我们筛选和合成了77个同源SBD-HNH核酸酶,测试了它们体内和体外的切割活性;表达和纯化了所有的SBD蛋白,对其进行了硫修饰DNA序列特异性,结合力,单双链结合特性和机理的研究;阐明了SBD-HNH体外切割硫修饰DNA效率低下的机制:酶结合在硫修饰DNA产物上,导致酶分子不能周转;没有发现添加RecA,polymerase,helicase可以将SBD-HNH切割硫修饰DNA的活性提高10%。我们将耐热的SBD和耐热的BclI进行偶联形成人工杂合核酸酶,应用于核酸恒温检测,大大提升了检测的时间和灵敏度,将SBDmmo与RNA碱基编辑器进行了偶联,提高了RNA单碱基编辑的效率,并申请了专利。发表第论文7篇,申请专利2项,培养3名博士,出站1名博士后。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Bacterial YedK represses plasmid DNA replication and transformation through its DNA single-strand binding activity
细菌 YedK 通过其 DNA 单链结合活性抑制质粒 DNA 复制和转化
  • DOI:
    10.1016/j.micres.2021.126852
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Microbiological Research
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Wenyue Hu;Yuli Wang;Bingxu Yang;Chen Lin;Hao Yu;Guang Liu;Zixin Deng;Hong-Yu Ou;Xinyi He
  • 通讯作者:
    Xinyi He
IV型限制酶ScoMcrA中SRA结构域介导的二聚体化对硫结合结构域功能的影响机制
  • DOI:
    10.13344/j.microbiol.china.210047
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    微生物学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨炳旭;胡雯月;刘光;邓子新;贺新义
  • 通讯作者:
    贺新义
A [3Fe-4S] cluster and tRNA-dependent aminoacyltransferase BlsK in the biosynthesis of Blasticidin S
杀稻瘟菌素 S 生物合成中的 [3Fe-4S] 簇和 tRNA 依赖性氨酰基转移酶 BlsK
  • DOI:
    10.1073/pnas.2102318118
  • 发表时间:
    2021-07-27
  • 期刊:
    PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Wang,Xiankun;Zhao,Yuchun;Jiang,Ming
  • 通讯作者:
    Jiang,Ming

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其他文献

大肠杆菌甲基转移酶dcm基因的表达对变铅青链霉菌的多效性影响
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    贺新义
天蓝色链霉菌孢子色素whiE在大肠杆菌中的异源生物合成
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  • 期刊:
    微生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    蒋明
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    10.13343/j.cnki.wsxb.20200429
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    微生物学报
  • 影响因子:
    --
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  • 通讯作者:
    蒋明
利用酵母同源重组系统克隆肺炎克雷伯菌基因组岛
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    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈楠;欧竑宇;贾士儒;邓子新;张杰;蒋晓飞;贺新义;秦广雍;易梅
  • 通讯作者:
    易梅

其他文献

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AI项目解读示例

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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