应用35T水冷磁体溶液STM研究STK16和C-kit蛋白生理条件下的磁场效应

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11804345
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    28.0万
  • 负责人：
    王纪浩
  • 依托单位：
    中国科学院合肥物质科学研究院
  • 学科分类：
    A2013.软凝聚态与生物物理
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The magnetic field can change the arrangement of protein molecules, thus affecting the cell division, migration and other life processes. Most biomolecules, especially for protein, function only in buffer salt solution, however, limited to the imaging technique of single protein molecule under solution and magnetic field, how magnetic field affect cell division and migration processes remains unclear. STM can be used to investigate the molecular structure of protein in solution, however, due to the limitations of the narrow bore size of magnet, STM was rarely combined with extreme conditions of solution and strong magnetic fields. So far, STM working in solution and strong magnetic field has not been developed yet. In the early, we have built and applied a high stable Liquid-phase STM to reveal the sub-molecular details of EGFR molecule and its orientation behavior under 0.4T static magnetic field. In addition, we have captured the assembly / disassembly dynamic process of nanofiber under solution conditions. In this project, we will use our new-built 35T water-cooled magnet STM investigating the magnetic behavior of STK16 and C-kit protein under physiological conditions, give the evidence of magnetic field-induced changes of protein structure, orientation and intermolecular interactions at single molecular level, illustrating the underlying mechanism of how magnetic field affect protein activity, building a foundation for exploring the biological processes of cell division and migration under magnetic field.
磁场能改变蛋白分子的排列，从而影响细胞分裂、迁移等过程。蛋白分子只在缓冲盐溶液中才具有活性，受限于溶液、强磁场下蛋白单分子成像技术，磁场影响细胞生物学过程的内在机制依然模糊。STM虽能在溶液中观测蛋白分子结构，但受限于磁体的狭小口径、强磁场作用和震动干扰等困难，强磁场溶液STM尚未见报道。申请人已利用新设计的独立扫描单元，自主搭建了一套高稳定溶液STM，结合改进的“逐行恒高模式”第一次观测到EGFR蛋白的亚分子图像及其在0.4T磁场中的取向行为，并捕捉到纳米纤维的组装/解组装动态过程。本项目中，我们将利用新搭建的35T水冷磁体溶液STM，在0-35T下研究STK16和C-kit蛋白的磁场效应，在单分子尺度上给出强磁场影响STK16和C-kit蛋白构型、取向以及分子间相互作用的直观证据，阐明强磁场影响上述蛋白分子活性的内在机制，进而为探索强磁场下的细胞分裂、迁移等生物学过程奠定坚实基础。

结项摘要

本项目是改进现有的溶液STM系统，使其能够在强震动、高噪声，超强磁场的水冷磁体狭小样品腔体内稳定工作，得到原子分辨率图像，然后开展溶液条件下的STK16和C-kit蛋白的磁场效应研究，在单分子尺度上给出强磁场影响蛋白分子构型、取向以及分子间相互作用的直观证据。项目执行期间我们自主研制了全氧化锆结构的小尺寸STM镜体(Review of Scientific Instruments,2019)，高稳定、抗震动的世界首个12T干式磁体STM（Ultramicroscopy,2019），进而成功研制成功了世界首个27.5T混合磁体（内水冷磁体和外超导磁体嵌套而成）STM（Review of Scientific Instruments,2020）。基于上述设备，我们在对活性STK16和C-kit蛋白，核小体蛋白等分子体系进行了高分辨成像研究，得到了STK16和C-kit蛋白在0场和变场下的高分辨图像和蛋白分子间相互作用图像，并成功观测到核小体的动态折叠和解折叠过程，相关研究成果在论文撰写中。此外，基于该项目申请人研制成功了世界首个超导磁体中的旋转AFM/MFM显微镜（Ultramicroscopy,2020），可以用来对蛋白分子进行大范围形貌表征和转磁场测试。

项目成果

期刊论文数量（7）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（1）
A mechanical rotatable magnetic force microscope operated in a 7 T superconducting magnet
在 7 T 超导磁体中运行的机械可旋转磁力显微镜
  • DOI：
    10.1016/j.ultramic.2020.113071
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Ultramicroscopy
  • 影响因子：
    2.2
  • 作者：
    Tengfei Guoa;Jihao Wang;Wenjie Meng;Jing Zhang;Qiyuan Feng;Ze Wang;Feng Jin;Wenbin Wu;Qingyi Lu;Yubin Hou;Qingyou Lu
  • 通讯作者：
    Qingyou Lu
Atomically resolved probe-type scanning tunnelling microscope for use in harsh vibrational cryogen-free superconducting magnet
用于恶劣振动无制冷剂超导磁体的原子分辨探针式扫描隧道显微镜
  • DOI：
    10.1016/j.ultramic.2019.06.006
  • 发表时间：
    2019-10-01
  • 期刊：
    ULTRAMICROSCOPY
  • 影响因子：
    2.2
  • 作者：
    Meng Wenjie;Wang Jihao;Lu Qingyou
  • 通讯作者：
    Lu Qingyou
A hybrid magnet based scanning tunneling microscope
基于混合磁体的扫描隧道显微镜
  • DOI：
    10.1063/1.5140423
  • 发表时间：
    2020-05-01
  • 期刊：
    REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS
  • 影响因子：
    1.6
  • 作者：
    Wang, Jihao;Geng, Tao;Lu, Qingyou
  • 通讯作者：
    Lu, Qingyou
Silver nanoparticle-embedded hydrogel as a photothermal platform for combating bacterial infections
嵌入银纳米颗粒的水凝胶作为对抗细菌感染的光热平台
  • DOI：
    10.1016/j.cej.2019.122990
  • 发表时间：
    2020-02-15
  • 期刊：
    CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子：
    15.1
  • 作者：
    Liu, Yingnan;Li, Fan;Wang, Jihao
  • 通讯作者：
    Wang, Jihao
A variable-temperature scanning tunneling microscope operated in a continuous flow cryostat
在连续流低温恒温器中运行的变温扫描隧道显微镜
  • DOI：
    10.1063/1.5118676
  • 发表时间：
    2019-09-01
  • 期刊：
    REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS
  • 影响因子：
    1.6
  • 作者：
    Wang, Jihao;Hou, Yubin;Lu, Qingyou
  • 通讯作者：
    Lu, Qingyou

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磁感应蛋白结构与行为高场STM研究
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  • 项目类别：
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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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