谷胱甘肽过氧化物酶的新型表达方法与机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31872719
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0505.蛋白质、多肽与酶生物化学
  • 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

Selenium-containing glutathione peroxidase (GPX), a critical enzyme in antioxidant defense system of living organisms, can protect cell and tissues against oxidative damage by catalyzing the reduction of H2O2, hydroxyl radical and other harmful peroxides using glutathione (GSH) as the reducer and so it can treat many human diseases caused by oxidative stress by removing reactive oxygen species (ROS). However, GPX has limited availability and poor stability, because the catalytic group selenocysteine (Sec) is encoded by UGA, usually as a stop codon, which need complicated mechanism with participation of a variety of cis-element and trans-acting factor to translate into Sec and read through the rate less than 3% in eukaryotic and 5% in prokaryotic. Therefore, the preparation of artificial GPX and their mimics have attracted more and more attentions. In this study, we try to obtain the special translation system suited for Sec by redesigning the Sec specific tRNA and the directed evolution of E.coli extension factor (EF) based on sequence alignment, computer simulation, molecular docking, mutant library construction and screening technology. Finally, in the UAG engineering bacterium, Sec involved in protein synthesis through the same as conventional amino acid translation mechanism, e.g. the specificity of the Sec insertion in protein loci and so the efficient and specific prokaryotic expression system for the selenium protein is established, by which native GPX and its mutants with high activity and stability are expressed and screened.
含硒的谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)是机体抗氧化防御体系的关键酶,能清除体内活性氧,分解羟自由基和其它有害的过氧化物,防止组织细胞过氧化损伤,治疗氧化应激引起的各种疾病。然而,由于编码其催化基团硒代半胱氨酸(Sec)的密码子UGA通常作为终止密码子,需要多种顺式元件和反式因子共同参与的复杂过程才能翻译为Sec,且通读率在真核不到3%,原核不到5%,这导致天然GPX的来源相当有限且稳定性差,因此科学家一直致力于人工GPX及其模拟酶的研究。本项目通过序列比对、计算机模拟、分子拟合,突变库构建与筛选技术,重新设计Sec特异的tRNA和定向进化大肠杆菌的延伸因子获得适于Sec的特殊翻译系统。实现Sec在UAG工程菌中,通过与常规氨基酸相同的翻译机制参与蛋白质合成,即Sec在蛋白质任意位点的特异性插入,为硒蛋白的表达和研究提供高效特异的原核表达系统,进而表达筛选各型天然GPX及其高活力高稳定的突变体。

结项摘要

含硒的谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)是机体抗氧化防御体系的关键酶,能分解羟自由基和其它有害过氧化物,清除体内活性氧,防止细胞和组织过氧化损伤,治疗氧化应激引起的各种疾病。然而,由于编码其催化基团硒代半胱氨酸(Sec)的密码子UGA通常作为终止密码子,需要多种顺式元件和反式因子共同参与的复杂过程才能翻译为Sec,且通读率在真核不到3%,原核不到5%,这导致天然GPX的来源相当有限且稳定性差,因此科学家一直致力于人工GPX及其模拟酶的研究。本项目通过计算机模拟、序列比对、分子拟合,突变库构建与筛选技术,重新设计Sec特异的tRNA和定向进化大肠杆菌的延伸因子,将终止密码子UAG的通读效率由5%提高到70%,获得了适于Sec的特殊翻译系统。实现了Sec在UAG工程菌中,通过与常规氨基酸相同的翻译机制参与蛋白质的合成,即Sec在蛋白质任意位点的特异性插入。最后用UAG指导的新型硒蛋白表达系统成功表达了基因工程重组GPX及其突变体和双功能抗氧化酶。与缺陷型原核表达系统相比,该方法不仅可以增加蛋白产率、降低生产成本,而且不会引起组成蛋白骨架的任何关键氨基酸的突变。酶促反应动力学研究表明,重组人GPX及其突变体和双功能酶的催化机制与天然GPX相同。其中,具有较高活力的重组人GPX1和GPX4在细胞和动物水平都显示出较好的抗氧化效应,修饰分子PEG的引入改善了其体内稳定性和药效学结果。该研究不仅为硒蛋白的表达提供了新方法,而且为该类抗氧化酶的开发与应用奠定了基础。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Study on antioxidant effect of Recombinant Glutathione Peroxidase 1
重组谷胱甘肽过氧化物酶1的抗氧化作用研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    International Journal of Biological Macromolecules
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Liu Chang;Yan Qi;Gao Chao;Lin Liangru;wei Jingyan
  • 通讯作者:
    wei Jingyan
Protective Effects and Mechanisms of Recombinant Human Glutathione Peroxidase 4 on Isoproterenol-Induced Myocardial Ischemia Injury
重组人谷胱甘肽过氧化物酶4对异丙肾上腺素所致心肌缺血损伤的保护作用及机制
  • DOI:
    10.1155/2021/6632813
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Oxidative Medicine and Cellular Longevity
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu C;Li B;Yan Q;Niu S;Zhao Y;Xiong C;Zhang T;Wei J
  • 通讯作者:
    Wei J
Improvement of stability and in vivo antioxidant effect of human glutathione peroxidase mutant by PEGylation
聚乙二醇化提高人谷胱甘肽过氧化物酶突变体的稳定性和体内抗氧化作用
  • DOI:
    10.1016/j.ijpharm.2021.121152
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    International Journal of Pharmaceutics
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Wang Yanwei;Niu Shaopeng;Li Bozhao;Yan Qi;Zhao Yiding;Wang Zhiqin;Xiong Changhao;Wei Jingyan
  • 通讯作者:
    Wei Jingyan
PEGylation and antioxidant effects of a human glutathione peroxidase 1 mutant
人谷胱甘肽过氧化物酶 1 突变体的聚乙二醇化和抗氧化作用
  • DOI:
    10.18632/aging.203822
  • 发表时间:
    2022-01-12
  • 期刊:
    Aging
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhang GY;Wang YW;Guo LY;Lin LR;Niu SP;Xiong CH;Wei JY
  • 通讯作者:
    Wei JY

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其他文献

谷胱甘肽过氧化物酶及其合成机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    生物物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于扬;魏景艳
  • 通讯作者:
    魏景艳
具有GPX活性的单链抗体的制备及其抗氧化效应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    吉林大学学报(理学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李维佳;魏景艳;孙晔;牟颖;吕绍武;闫岗林;罗贵民
  • 通讯作者:
    罗贵民
Hepcidin与疾病关系和其临床意义的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    生命科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    牛诗雯;宁波;刘罡;魏景艳;聂广军
  • 通讯作者:
    聂广军

其他文献

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魏景艳的其他基金

重组谷胱甘肽过氧化物酶及其双功能抗氧化酶的筛选与表达
  • 批准号:
    31270851
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    80.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
谷胱甘肽硫转移酶(GST)模拟谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)的机理研究
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  • 批准年份:
    2009
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    32.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
人源含硒单链抗体酶的催化机理研究
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    30870540
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    2008
  • 资助金额:
    30.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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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

        graph TD
          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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