低保真性DNA聚合酶Pol kappa N-Clasp结构调控正确跨越BP-dG加合物效应和形成DNA-蛋白交联的机制研究

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基本信息

项目摘要

Translesion DNA synthesis (TLS) is one mode of DNA damage tolerance, which could utilize translesion DNA polymerases to traverse lesions that are blocking replication. TLS can be classified into two categories: error-free and error-prone TLS. Error-prone TLS is one of the fundamental mechanisms for genome mutagenesis. Benzo[a]pyrene (BP) is one of the common environmental pollutants generated during incomplete fuel combustion, in tobacco smoke, and in cooked food. BP can be metabolized in vivo to form the tumorigenic and mutagenic BPDE, which bind covalently with guanine residues in DNA. The formation of BPDE-dG lesion has been closely associated with lung cancer. To date, fifteen translesion synthesis polymerases have been identified in mammals, and DNA polymerase κ (Polκ) is the only known DNA polymerase in mouse or human cells that can bypass a BPDE-dG lesion efficiently and accurately, thereby reducing mutation risk. However, it is not known how a BPDE-dG lesion is accommodated and how dCTP is selected and incorporated by Polκ. In our work published in PNAS lately (2014,111(5), 1789-1794), we have revealed for the first time that the role of Polκ's unique N-Clasp feature on the BPDE-dG bypass activity. However, the critical amino acid residues involved in the accommodation, incorporation, and extension past this lesion remain unknown. On the other hand, the human Aldo-Keto Reductases (AKRs) can also oxidaze BP to form the major metabolite BPQ. The metabolic activation pathways that lead to BPDE (the metabolites of P450) or BPQ (the metabolites of aldo-keto reductases) compete with each other. In contrast to the numerous investigations of the structural and biological characteristics of BPDE-DNA adducts, little attention, up till now, has been paid to the biophysical characterization of BPQ-DNA lesions and the carcinogenic and mutagenic contributions of these adducts in vivo. In addition, BPQ is a homobifunctional electrophile with aldehyde groups that can modify nucleophilic sites in DNA, proteins, and other cellular molecules. In this proposal, we will employ various techniques, including biochemistry, molecular biology, synthetic chemistry as well as x-ray crystallography to identify the critical amino acids in the accommodation, incorporation, and extension of BPDE-dG lesion, reveal the mutation spectrum of BPQ-DNA lesions and Polk's N-clasp feature in the formation of DNA-Polk crosslink (DPCs) derived from BPQ. Our results will deepen the understanding of the relationship between the polymerase kappa structural features and the TLS process, and target unique features of TLS polymerases in chemotherapy.
跨损伤DNA 合成(TLS)是细胞应答DNA 损伤的一种耐受机制。TLS 聚合酶可以在损伤的对面合成DNA。烟草、尾气排放所产生的苯并芘 (BP) 是一种常见的环境污染物。BP在体内经过代谢产生BPDE-dG的DNA损伤,与肺癌发生密切相关。目前在哺乳动物细胞中已发现大约15 种不同的TLS 聚合酶,Polk是迄今已知的唯一能正确跨越BPDE-dG损伤的聚合酶。我们在近期工作中首次发现Polk N-端独特的N-Clasp结构在调控跨越BPDE-dG加合物效应中的重要作用,但是关键位点氨基酸在跨损伤合成DNA中的调控机制还很不清楚。我们将应用生物化学、分子生物学、合成化学、X-射线晶体衍射等多种技术手段,阐明Polk正确跨越BPDE-dG反应的分子机理及Polk 参与形成BP衍生物介导的DNA-蛋白的交联。研究结果将加深理解Polk作为DNA损伤及响应修复的关键蛋白,其结构与功能之间的关系。

结项摘要

跨损伤DNA 合成(TLS)是细胞应答DNA 损伤的一种耐受机制,TLS 聚合酶可以在损伤的对面合成DNA。烟草、尾气排放所产生的苯并芘 (BP) 是一种常见的环境污染物。BP在体内经过代谢产生BPDE-dG的DNA损伤,与肺癌发生密切相关。目前在哺乳动物细胞中已发现大约15 种不同的TLS 聚合酶,Polk是迄今已知的唯一能正确跨越BPDE-dG损伤的聚合酶。我们首次发现Polk N-端独特的N-Clasp结构和N端21个氨基酸在调控跨越BPDE-dG加合物效应和基因组变异中发挥重要作用,影响聚合酶的保真性和延伸能力,为全面理解DNA聚合酶结构与功能之间的关系提供基础。而且我们明确了Polk在BPDE等暴露后可能参与多种DNA损伤应答途径,研究了Polk等TLS聚合酶招募到受阻复制叉处的调控机制,为研发以聚合酶为靶标的新的抗癌试剂、增强肿瘤细胞对化疗试剂的敏感性、降低肿瘤耐药性突变的产生提供重要的理论基础。受该基金的资助,目前已经发表SCI 文章7 篇,包括Nature Commun (2017)、Nucleic Acids Res (2018)等。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
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专利数量(0)
Effects of the N terminus of mouse DNA polymerase kappa on the bypass of a guanine-benzo[a]pyrenyl adduct
小鼠 DNA 聚合酶 kappa N 末端对鸟嘌呤-苯并[a]芘基加合物旁路的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of Biochemistry
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Liu, Yang;Ma, Xiaolu;Guo, Caixia
  • 通讯作者:
    Guo, Caixia
Parkin regulates translesion DNA synthesis in response to UV radiation.
Parkin 调节跨损伤 DNA 合成以响应紫外线辐射
  • DOI:
    10.18632/oncotarget.16855
  • 发表时间:
    2017-05-30
  • 期刊:
    Oncotarget
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhu X;Ma X;Tu Y;Huang M;Liu H;Wang F;Gong J;Wang J;Li X;Chen Q;Shen H;Zhu S;Wang Y;Liu Y;Guo C;Tang TS
  • 通讯作者:
    Tang TS
RNA-splicing factor SART3 regulates translesion DNA synthesis.
RNA剪接因子SART3调节跨损伤DNA合成
  • DOI:
    10.1093/nar/gky220
  • 发表时间:
    2018-05-18
  • 期刊:
    Nucleic acids research
  • 影响因子:
    14.9
  • 作者:
    Huang M;Zhou B;Gong J;Xing L;Ma X;Wang F;Wu W;Shen H;Sun C;Zhu X;Yang Y;Sun Y;Liu Y;Tang TS;Guo C
  • 通讯作者:
    Guo C
iTRAQ-based chromatin proteomic screen reveals CHD4-dependent recruitment of MBD2 to sites of DNA damage
基于 iTRAQ 的染色质蛋白质组学筛选揭示了 MBD2 依赖于 CHD4 募集到 DNA 损伤位点。
  • DOI:
    10.1016/j.bbrc.2016.01.162
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Biochem Biophys Res Commun
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Sun Yazhou;Yang Yeyan;Shen Hongyan;Wang Zhifeng;Liu Yang;Zhang Hui;Tang TieShan;Guo Caixia
  • 通讯作者:
    Guo Caixia
Quantitative proteomics analysis reveals alterations of lysine acetylation in mouse testis in response to heat shock and X-ray exposure
定量蛋白质组学分析揭示了小鼠睾丸中赖氨酸乙酰化因热休克和 X 射线暴露而发生的变化
  • DOI:
    10.1016/j.bbapap.2017.11.011
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Biochimica et Biophysica Acta-Proteins and Proteomics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Xie Chengmei;Shen Hongyan;Zhang Hui;Yan Jinting;Liu Yang;Yao Fuwen;Wang Xi;Cheng Zhongyi;Tang Tie-Shan;Guo Caixia
  • 通讯作者:
    Guo Caixia

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其他文献

救灾物资多阶段分配与调度问题建模与求解
  • DOI:
    10.13195/j.kzyjc.2018.0117
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    控制与决策
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘扬;张国富;苏兆品;蒋建国
  • 通讯作者:
    蒋建国
增密减氮对滴灌棉花干物质积累分配和产量的影响
  • DOI:
    10.6048/j.issn.1001-4330.2020.06.002
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    新疆农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李明华;路茜;崔静;樊华;赵文青;刘扬;马富裕
  • 通讯作者:
    马富裕
基于STM32开发板的BDS/GPS数据实时采集与解码研究
  • DOI:
    10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.012
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    全球定位系统
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    徐炜
北斗IGSO/GEO/MEO卫星三频单历元基线解算随机模型比较研究
  • DOI:
    10.19614/j.cnki.jsks.2017.10.012
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    严超;余学祥;徐炜;杜文选;刘扬;王涛;张广汉
  • 通讯作者:
    张广汉
自我对跨期决策的影响——基于个人-集体主义文化视角
  • DOI:
    10.3724/sp.j.1042.2015.01981
  • 发表时间:
    2015-11
  • 期刊:
    心理科学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    阿不来提江;刘扬;朱晓睿;郑蕊;梁竹苑;饶俪琳;吴斌;李纾
  • 通讯作者:
    李纾

其他文献

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刘扬的其他基金

低保真性DNA聚合酶pol kappa在BP-N2-dG损伤位点对侧整合正确核苷酸的机制研究
  • 批准号:
    31300658
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

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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