配体靶向DNA酶化修饰以研究并调控其对转录响应的分子机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21708054
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0704.化学遗传学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The genomic DNA is constantly being modified by both environmental and endogenous factors, among which there are some groups of DNA modifications that are catalyzed by enzymes and potentially have regulatory roles in gene expression. However, except the well-studied methylation and hydroxymethylation in the fifth position of cytosine, functional roles of these enzyme-catalyzed endogenous DNA modifications in transcriptional regulation remain elusive. This project will focus on understanding molecular mechanisms of transcriptional response to these DNA modifications via the approach of chemical biology, as well as developing novel small ligands that can specifically target DNA modifications to unveil and further manipulate their transcriptional effects. In this project, defined in vitro transcriptional system by RNA polymerase II will be utilized to investigate the influence of DNA modifications before and after the ligand targeting during transcriptional elongation. Detailed kinetic response of RNA polymerase II to enzyme-catalyzed DNA modifications and their ligand adducts will be characterized to reveal the quantitative change of efficiency and fidelity during transcription elongation. Furthermore, rationally designed small ligands will be used to interfere and regulate gene transcription related to these DNA modifications in living cells. An EGFP plasmid will be constructed with the modified DNA site located in the 5’-untranslated region. Expression level of GFP will be monitored to investigate the effects of enzyme-catalyzed DNA modifications before and after the ligand targeting. These studies are expected to reveal the relationship between enzyme-catalyzed DNA modifications and the transcriptional response of RNA polymerase II in the molecular level. This project will also try to develop new small molecules that can manipulate gene expression via targeting enzyme-catalyzed DNA modifications. Since the enzyme-catalyzed DNA modifications are highly related to epigenetics and cancer development, these studies will pave the road for the development of new chemical approaches to treat transcription-related diseases.
基因组DNA上广泛存在着由细胞自主酶促反应产生的修饰,而且这种类型的修饰被认为很有可能与基因的转录调控密切相关。然而,除去胞嘧啶的甲基化和羟甲基化外,人们对其他DNA酶化修饰的认知却极其有限。本项目将从转录响应的分子机制出发,利用化学生物学手段靶向这些依然知之甚少的DNA酶化修饰,以研究并调控其在基因转录中的影响。本项目拟构筑单一而定点的体外转录体系,研究DNA酶化修饰本身和其被配体靶向之后,对RNA聚合酶II转录行为的改变;并以此为指导,设计发展配体分子干扰并调控与DNA酶化修饰相关的基因表达。通过此项研究,我们期望揭示DNA酶化修饰与RNA聚合酶II的转录响应在分子水平上的关联作用;并以DNA酶化修饰作为靶标,发展出干扰并调控基因表达的新型分子手段。鉴于DNA的酶化修饰可能与细胞癌变和表观遗传密切相关,此研究将为以后发展新型化学手段以抗击基因转录失调相关的疾病奠定基础。

结项摘要

核酸作为生命的遗传物质,一直处于动态变化中。这种变化既因为其结构的多样可变,也表现为各种化学修饰的动态可逆。核酸的酶化修饰即是一种细胞自我主动发生的,并在基因表达调控中具有重要作用的化学行为。在这个项目中,我们重点围绕核酸酶化修饰及其化学靶向,核酸修饰相关酶的作用机制,以及发展基于核酸的新型分子工具展开研究。在核酸修饰及其化学靶向上,我们探究了DNA糖基化修饰和甲酰基修饰这两个酶化修饰产物。我们化学构筑了DNA糖基化修饰,探究了其对DNA结构的影响,并进一步发现其能够在聚合酶转录延伸中产生定点阻滞作用。在甲酰基修饰中,我们一方面采用苯基羟胺类配体靶向并分析其对聚合酶转录延伸的影响,另一方面我们采用钌配合物的光学性质靶向染色体中的甲酰基修饰并探究其细胞内分布行为。在核酸修饰相关酶的作用机制方面,我们重点针对TET和TDG这两个酶,并采用核苷酸类似物作为分子工具,揭示了一些通常生物学化学手段不易发现的分子机制。通过对这些核酸修饰的靶向及其相关修饰酶的分析,我们不仅揭示了一些的核酸动态修饰中重要分子机制,对阐明其在基因表达中的可能行为提供了化学基础,而且还发展了一些具有潜在调节和探测功能的靶向分子,为相应化学修饰的功能调控提供了新途径。此外,我们还利用核酸动态结构和人为构筑的化学修饰发展新型分子工具,以调控细胞功能和基因表达。细胞内存在各种复杂的基因关联网络,针对这个方面的研究在于能够创造新型化学手段,以实现对细胞基因表达的目的性调控。综合而言,我们基于核酸结构和修饰的动态可变,一方面阐释核酸修饰及其相关酶的分子行为,另一方面发展可化学调控核酸分子功能的新工具。相关研究成果将为发展基于动态核酸行为以调节细胞功能的分子工具,并进而为实现细胞基因表达网络的人工调控提供了可能途径。鉴于核酸的动态修饰可能与细胞癌变和表观遗传密切相关,此项目研究将为以后发展新型化学手段以抗击基因转录失调相关的疾病提供指导。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Photocontrol of CRISPR/Cas9 function by site-specific chemical modification of guide RNA.
通过向导RNA的位点特异性化学修饰来光控CRISPR/Cas9功能
  • DOI:
    10.1039/d0sc04343e
  • 发表时间:
    2020-09-25
  • 期刊:
    Chemical science
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Wang Y;Liu Y;Xie F;Lin J;Xu L
  • 通讯作者:
    Xu L
Conditional guide RNA through two intermediate hairpins for programmable CRISPR/Cas9 function: building regulatory connections between endogenous RNA expressions.
有条件引导 RNA 通过两个中间发夹,实现可编程 CRISPR/Cas9 功能:建立内源 RNA 表达之间的调控连接。
  • DOI:
    10.1093/nar/gkaa842
  • 发表时间:
    2020-11-18
  • 期刊:
    Nucleic acids research
  • 影响因子:
    14.9
  • 作者:
    Lin J;Liu Y;Lai P;Ye H;Xu L
  • 通讯作者:
    Xu L
A superior G-quadruplex DNAzyme through functionalized modification of the hemin cofactor
通过血红素辅因子的功能化修饰获得卓越的 G-四链体 DNAzyme
  • DOI:
    10.1039/c9cc09729e
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chemical Communications
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Liu Yan;Lai Peidong;Wang Jingru;Xing Xiwen;Xu Liang
  • 通讯作者:
    Xu Liang

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    苏勇;朱黎昂;徐亮;陈翌庆;肖海花;周庆涛;凤仪
  • 通讯作者:
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A Novel Bioflocculant from Raoultella planticola Enhances Removal of Copper Ions from Water
来自 Raoultella planticola 的新型生物絮凝剂可增强水中铜离子的去除
  • DOI:
    10.1155/2020/2581205
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
    Journal of Sensors
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    曾繁城;徐亮;孙彩云;刘虹;陈立波
  • 通讯作者:
    陈立波

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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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