人源APOBEC3G蛋白CD2结构域催化DNA脱氨基化抗HIV感染分子机制研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21778065
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0702.生物分子的化学生物学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

APOBEC3G (A3G) is a member of the family of deoxycytidine deaminases APOBEC, which can convert dC residues in single-stranded DNA (ssDNA) to dU, and act as DNA mutators. APOBEC3G contains two active domains, A3G-CD1 at its N-terminus and A3G-CD2 at its C-terminus. A3G-CD1 mediates the interactions of A3G with Vif protein of the virus. A3G-CD2 catalyzes cytidine deamination, induces G-to-A hypermutation in double-stranded DNA, impairs biological function of HIV-1 virus genes, and suppresses virus replication. The deamination site of A3G-CD2 locates at the cytidine at 3’-terminus of the hot spot 5’-CCC-3’ in the antisense ssDNA of virus gene, and is performed by jumping or sliding through 3’->5’ direction. The NMR or X-ray structures of A3G-CD2 in its free state have been reported, however, due to the fast deamination, it’s difficult to capture the stable complex of A3G-CD2 with ssDNA, thus how A3G-CD2 specifically recognizes the hot spot 5’-CCC-3’ in ssDNA and performs deamination reactions on cytidine is still unclear. In the project, we plan to do chemical modification on cytidine by inducing a electron donor group at 5-position of its aromatic ring, to hinder the deamination reaction, and to get the stable complex of A3G-CD2 with ssDNA containing hot motif. Then we will try to determine the NMR solution structure of A3G-CD2 in complex with the ssDNA, to explain the molecular basis of how A3G-CD2 performs its deamination reaction on virus ssDNA, to present the structural basis of A3G’s anti-virus activities.
APOBEC3G(A3G)是胞嘧啶脱氨基化酶家族APOBEC3成员,含N-端A3G-CD1结构域和C-端A3G-CD2结构域。A3G-CD1介导HIV病毒壳体化。A3G-CD2负责催化病毒单链DNA胞嘧啶脱氨基化,诱导G→A超突变,使HIV基因组不能执行其功能,抑制病毒复制。A3G-CD2催化胞嘧啶脱氨基化一般发生在病毒DNA负链含5’-CCC-3’序列的3’端胞嘧啶上,通过由3’→5’跳跃或滑动来持续发挥该功能。自由态A3G-CD2结构已有报道,但催化脱氨基化反应较快,难以捕获A3G与DNA瞬态复合体;故A3G识别5’-CCC-3’并进行脱氨基化反应的机制没有文献报道。本项目计划在活性位点碱基胞嘧啶芳环5-位引入供电子基团,阻碍脱氨基化发生,得到A3G-CD2与DNA稳定复合物,通过NMR技术解析其结构,阐述A3G-CD2催化胞嘧啶脱氨基化分子机制, 开展A3G抗HIV活性机制研究。

结项摘要

APOBEC3G(A3G)是胞嘧啶脱氨基化酶家族APOBEC3成员,含N-端A3G-CD1结构域和C-端A3G-CD2结构域。A3G-CD1介导HIV病毒壳体化。A3G-CD2负责催化病毒单链DNA胞嘧啶脱氨基化,诱导G→A超突变,使HIV基因组不能执行其功能,抑制病毒复制。A3G-CD2催化胞嘧啶脱氨基化一般发生在病毒DNA负链含5’-CCC-3’序列的3’端胞嘧啶上,通过由3’→5’跳跃或滑动来持续发挥该功能。自由态A3G-CD2结构已有报道,但催化脱氨基化反应较快,难以捕获A3G与DNA瞬态复合体;在本项目启动前A3G识别5’-CCC-3’并进行脱氨基化反应机制没有文献报道。项目团队主要开展了如下工作:(1)在活性位点碱基胞嘧啶芳环5-位引入供电子基团碘原子(即:5’-ATTC4C5C6IA7ATT-3’ ,简称TCCC6I),减慢了脱氨基化发生,但碘原子将A3G-CD2脱氨基序列偏好从CCC切换到TCC。(2)通过NMR技术解析A3G-CD2与产物DNA TCUC6I和TCUU6I的复合物溶液结构,结果表明底物DNA以TCC和CCC模式结合A3G-CD2。dC6脱氨基与第四种碱基类型有关。CCC模式有利于dC6脱氨基,而TCC模式有利于dC5脱氨基。这些结果很好地阐述A3G-CD2催化胞嘧啶脱氨基化分子机制。(3)开展了靶向A3G与Vif相互作用的抗HIV的小分子抑制剂筛选研究,筛选了两组含有氨甲酰磺胺键或二硫键的小分子作为两种不同芳香环的桥接物。最终鉴定出5种不对称的二硫化合物,IC50值接近或小于1 μM,且不与A3G或Vif共价结合。它们通过抑制Vif诱导的A3G泛素化和降解来恢复A3G在Vif存在下的表达。这为新的抗艾滋病毒药物发现开辟了道路。通过本项目实施,发表标注项目基金号论文14篇,授权专利2项。培养博士生5名,硕士生8名。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
胞嘧啶脱氨基酶APOBEC1研究进展
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1000-5137.2020.02.012
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    上海师范大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周冰涵;严小璇;蓝文贤;王春喜;曹春阳
  • 通讯作者:
    曹春阳
胞嘧啶脱氨基化酶APOBEC3家族及其与核酸复合物结构研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Acta Chimica Sinica
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    金交羽;严小璇;刘亚平;蓝文贤;王春喜;许斌;曹春阳
  • 通讯作者:
    曹春阳
Investigating the interactions between DNA and DndE during DNA phosphorothioation
研究 DNA 硫代磷酸化过程中 DNA 和 DndE 之间的相互作用
  • DOI:
    10.1002/1873-3468.13529
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    FEBS LETTERS
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Yao Penfei;Liu Yaping;Wang Chengkun;Lan Wenxian;Wang Chunxi;Cao Chunyang
  • 通讯作者:
    Cao Chunyang
Crystal Structure of Cytidine Deaminase Human APOBEC3F Chimeric Catalytic Domain in Complex with DNA
胞苷脱氨酶人 APOBEC3F 嵌合催化结构域与 DNA 复合物的晶体结构
  • DOI:
    10.2210/pdb5zvb/pdb
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Chinese Journal of Chemistry
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Cheng Chao;Zhang Tianlong;Wang Chunxi;Lan Wenxian;Ding Jianping;Cao Chunyang
  • 通讯作者:
    Cao Chunyang
Two different kinds of interaction modes of deaminase APOBEC3A with single-stranded DNA in solution detected by nuclear magnetic resonance
核磁共振检测溶液中脱氨酶APOBEC3A与单链DNA的两种不同相互作用模式
  • DOI:
    10.1002/pro.4242
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Protein Science
  • 影响因子:
    8
  • 作者:
    Liu Yaping;Lan Wenxian;Wang Chunxi;Cao Chunyang
  • 通讯作者:
    Cao Chunyang

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其他文献

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  • 通讯作者:
    曹春阳
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    化学学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    胡中培;王呈坤;蓝文贤;李芳;曹春阳
  • 通讯作者:
    曹春阳
胞嘧啶脱氨基化酶APOBEC3家族及其与核酸复合物结构研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Acta Chimica Sinica
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    金交羽;严小璇;刘亚平;蓝文贤;王春喜;许斌;曹春阳
  • 通讯作者:
    曹春阳
Lin28特异性结合let-7 RNA结构基础(英文)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    波谱学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    卢秀秀;顾嘉琦;蓝文贤;王春喜;麻锦彪;曹春阳
  • 通讯作者:
    曹春阳
胞嘧啶脱氨基酶APOBEC1研究进展
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1000-5137.2020.02.012
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    上海师范大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周冰涵;严小璇;蓝文贤;王春喜;曹春阳
  • 通讯作者:
    曹春阳

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

        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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