单分子光镊技术研究HIV-1逆转录酶的分子马达机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31700809
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    钟振声
  • 依托单位：
    中山大学
  • 学科分类：
    C1001.生物力学与生物流变学
  • 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

Reverse transcription is an important biological phenomenon relevant to many diseases. Reverse transcriptase is also an important molecular biological tool. Although reverse transcriptase is a critical drug target and widely used in molecular biology research, its mechanical and kinetic properties as a motor protein remain unclear. In this project, optical tweezers will be utilized to measure the motion and force of a single HIV-1 reverse transcriptase. Interactions between HIV-1 reverse transcriptase and mechanical obstacles, such as folded structures of the template strand and non-templated complementary strands, will be also investigated. Additionally, we will study effects of inhibitors on the motor activities of reverse transcriptase at the single-molecule level. Our studies will unravel the kinetic and mechanical details of the motor activities of HIV-1 reverse transcriptase, which will provide insights for antiretroviral drug development and for optimization of the tool enzymes for reverse transcription.
逆转录是一种与多种疾病相关的重要生物现象，同时逆转录酶也是重要的分子生物学工具。虽然逆转录酶是重要的药物靶点，同时也广泛应用于分子生物学实验，但其作为分子马达的力学特性和运动机制一直未被阐明。本项目将利用光镊技术，研究单个HIV-1逆转录酶在不同核酸模板上的运动机制，测量其产生的力，并考察模板链上的折叠结构以及非模板互补链对逆转录过程的影响。本项目还将研究逆转录酶抑制剂对逆转录酶马达蛋白运动机制的调节作用。本项目研究成果将阐明HIV-1逆转录酶的力学特性，揭示其运动细节，从而为未来开发和优化抗逆转录药物，以及优化逆转录工具酶提供启示。

结项摘要

逆转录酶是一类对人体健康与生物工程都有重要意义的特殊DNA聚合酶，其马达蛋白运动特性与其生物学功能高度相关。例如，逆转录酶的运动速率、持续合成能力以及失速力等参数直接影响了逆转录病毒的复制效率。本项目利用单分子操纵技术，实现了追踪单个HIV-1以及MuLV逆转录酶以DNA为模板进行链取代延伸的运动过程，并观察到了这个过程中逆转录酶的停顿现象。我们还发现逆转录酶会非特异性吸附到DNA双链上并显著提高DNA双链的力学稳定性。在项目执行过程中，为实现用单分子操纵技术追踪逆转录酶以RNA为模板合成DNA的运动过程，我们还研究了DNA:RNA杂交双链的拉伸力学性质，获得了其拉伸力学性能参数。本项目的研究结果将有助于加深对HIV-1以及其他逆转录酶的生物学功能的理解。

项目成果

期刊论文数量（2）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Theoretical study of overstretching DNA-RNA hybrid duplex
过度拉伸DNA-RNA杂交双链体的理论研究
  • DOI：
    10.1088/1674-1056/28/6/068701
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Chinese Physics B
  • 影响因子：
    1.7
  • 作者：
    Yang Dong Ni;Zhong Zhen Sheng;Liu Wen Zhao;Rujiralai Thitima;Ma Jie
  • 通讯作者：
    Ma Jie
GC-Content Dependence of Elastic and Overstretching Properties of DNA:RNA Hybrid Duplexes.
DNA:RNA 混合双链体的弹性和过度拉伸特性的 GC 含量依赖性。
  • DOI：
    10.1016/j.bpj.2020.06.034
  • 发表时间：
    2020-07
  • 期刊：
    Biophysical Journal
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Yang D;Liu W;Deng X;Xie W;Chen H;Zhong Z;Ma J
  • 通讯作者：
    Ma J

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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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