loop区域序列修饰的多肽寡聚体结构和聚集机理的光谱学研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21503087
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0707.化学生物学理论、方法与技术
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Proteins can misfold to form highly ordered structure rich in cross-β-sheet, termed as amyloid fibrils. During the early stages of the self-assembly, oligomeric aggregates are observed with highly diverse morphology and evidence has been developed to support their being the pathogenic species underlining amyloid related diseases. Due to the dynamic and transient natures of the oligomers, structural studies require stabilization of the oligomers in prior to analysis. Here we design a series of β-sheet containing peptides with sequence mutations in the loop region where the β-strands are connected. This strategy targets at the reducing the horizontal thickness of the peptide assembly instead of blocking the elongation as reported by literature. Unnatural amino acids such as D-proline and N-substituted Glycines are implanted in the loop region to alter the flexibility and structural zipping ability and thus isolate the oligomers. Isotope edited IR and Vibrational Circular Dichroism techniques combining with theoretical simulations are used to depict the structures of the oligomers at single amino acid resolution and to follow the kinetics of the aggregation with extremely high sensitivity. Early investigation shows that a β-stranded sequence with D-Pro-Gly as loop connection could form an off-pathway oligomer, which was able to convert to fibril like aggregate by thermal perturbation. The method proposed here for obtaining stable oligomer is promising, further investigation towards the aggregation mechanism and toxicity of the peptide oligomers would shine lights on the pathology and drug design for related neurodegenerative diseases.
多肽错误折叠并聚集成以β-交联结构为主的淀粉样纤维的过程与多种神经退行性疾病密切相关;聚集前期生成的寡聚体毒性较大,形貌多样且稳定性低,给结构表征和病理研究增加困难。与文献报道的破坏多肽纤维纵向延伸而稳定寡聚体的策略不同,本申请针对连接β-条带的loop区(转折区)结构柔性大且参与横向聚集的性质,通过改变该区氨基酸的手性、主链骨架或侧链基团来调节其刚性、几何构象或氢键性质以减弱β-折叠片间作用力,破坏横向聚集而获取稳定寡聚体。以同位素标记增强的振动光谱为主进行结构表征,以其对寡聚体结构灵敏度高,可全程跟踪聚集行为。根据本申请而进行的前期研究设计了pG(D-脯氨酸-甘氨酸)修饰loop区的模型多肽并解析了其寡聚体结构,推测为反平行排列双β发卡构象的歧路寡聚体。进一步总结寡聚体“序列-稳定性”规律并推广到疾病相关多肽的结构研究上,将为抗聚集类药物设计提供理论依据。

结项摘要

本项目(21503087)以设计loop区“转折点”为调控策略,研究β-折叠构象模型多肽聚集机理及寡聚体稳定条件,应用于诱导神经退行性疾病相关序列稳定寡聚体的制备及表征,取得了一系列研究进展:.(1)设计合成了D-Pro-Gly为转折的双发卡β-折叠模型多肽,通过荧光内外标手段跟踪其自组装动力学,推断出其聚集过程机理,并以振动圆二色谱分辨其寡聚体及高聚纤维的二级结构区别;.(2)设计合成了两个系列具有同位素13C标记的D-Pro-Gly及Aib-Gly为转折的模型多肽,通过激光温跃红外光谱跟踪了β-折叠构象形成的动力学,得到具有双D-Pro-Gly转折的多肽序列在β-折叠形成速率上快于单D-Pro-Gly转折和侧链疏水协同驱动序列的结论,分析得出D-Pro-Gly作为强力β-转折模块,具有锁定β-折叠结构的功能;研究进一步得出Aib-Gly转折对β-折叠构象稳定作用弱于D-Pro-Gly转折,解析了多条带β-折叠结构的分步动力学常数,为设计神经退行性疾病相关多肽的稳定寡聚体提供了定量参数;.(3)设计合成了不同β-转折修饰的阿兹海默症病理相关多肽片段,通过振动圆二色谱及荧光外标跟踪聚集过程,对比透射电镜形貌表征,得出修饰序列采取和原序列不同聚集路径的结论,进一步设计两亲多肽的凝胶制剂载体,通过pH调控寡聚体和高聚纤维的转化,开发凝胶载药系统。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(1)
Isotopically Site-Selected Dynamics of a Three-Stranded β-Sheet Peptide Detected with Temperature-Jump Infrared-Spectroscopy
用跳温红外光谱检测三链β-片肽的同位素位点选择动力学
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcb.8b08336
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    J. Phys. Chem. B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    David Scheerer;Heng Chi;Dan McElheny;Timothy A. Keiderling;Karin Hauser
  • 通讯作者:
    Karin Hauser
Structural Rearrangement from Oligomer to Fibril Detected with FRET in a Designed Amphiphilic Peptide
使用 FRET 检测设计的两亲性肽中从寡聚物到原纤维的结构重排
  • DOI:
    10.1002/cbic.201600436
  • 发表时间:
    2017-01-17
  • 期刊:
    CHEMBIOCHEM
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Chi, Heng;Keiderling, Timothy A.
  • 通讯作者:
    Keiderling, Timothy A.
Role of Aromatic Cross-Links in Structure and Dynamics of Model Three-Stranded beta-Sheet Peptides
芳香交联在模型三链 β-折叠肽的结构和动力学中的作用
  • DOI:
    10.1021/acs.jpca.7b10190
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Scheerer David;Chi Heng;McElheny Dan;Samer Ayesha;Keiderling Timothy A.;Hauser Karin
  • 通讯作者:
    Hauser Karin

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其他文献

鱼肠道弧菌胶体金快速检测试纸研制
  • DOI:
    10.12264/jfsc2020-0224
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国水产科学
  • 影响因子:
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  • 作者:
    绳秀珍;王新趁;李嘉文;唐小千;邢婧;迟恒;战文斌
  • 通讯作者:
    战文斌
牙鲆黏膜IgM与多聚免疫球蛋白受体同源分子的应答动态研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中国海洋大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    绳秀珍;宋满满;朱慧;唐小千;邢婧;迟恒;战文斌
  • 通讯作者:
    战文斌

其他文献

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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

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          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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