弱电相互作用下钾离子跨膜输运机制的研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11475053
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    90.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2503.统计物理与复杂系统
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

In long-term, sustained support from the National Natural Science Foundation, our group has been engaged in revealing the molecular mechanism of ion transmembrane transport and convinced that there are two type of interactions which modulate the conformation of ion channels and play key roles in ion transmembrane transport. These interactions are weak interaction between the membrane phospholipid PIP2 and specific amino acids and electrostatic interaction between the permeable ions and channels, collectively known as the weak-elctric interactions. In the present work, we will combine the experiments of molecular biology with theoretical analysis and focus on understanding of the molecular mechanism of how the weak-elctric interactions couple together and modulate the gating of ion channels. We strive for a more in-depth pathological understanding of ion channel diseases and promote the progress of targeted drug design and treatment. The present study will increase the combination of life sciences and physics, especially the combination of biological experiments and theoretical analysis.
在国家自然科学基金持续支持下,课题组逐步认识到钾离子跨膜输运机制的的核心问题与两种相互作用有关:即膜磷脂PIP2与通道内特定氨基酸之间的弱相互作用和通道内外的通透离子对通道的静电相互作用。这两种相互作用可简称为弱电相互作用。 本项目将围绕对弱电相互作用下钾离子跨膜输运机制进行更为深入的探讨,开展分子生物学实验与理论分析并重的研究,重点讨论两种基本相互作用协同、耦合的离子跨膜输运的分子机制。力求对这一复杂生命过程及其物理问题有更加深入的了解,并为随之开展的钾离子通道相关疾病靶向药物设计与合成工作提供基础理论支撑,促进生命科学与物理学,特别是生物学实验与理论分析的有机结合。

结项摘要

内向整流钾离子(Kir)通道广泛分布于心肌细胞,神经元细胞,血细胞等各种细胞上。Kir通道参与了众多的生理过程,例如维持细胞的静息膜电位,控制细胞的兴奋性,调控心率、血管张力等,这些生理功能都依赖于Kir通道的门在开放态和关闭态之间的构象转变,即门控过程。本研究以Kir通道为研究对象,采用同源模建的方法构建了关闭态和开放态的三维结构模型、将分子动力学模拟和靶向分子动力学模拟相结合,研究Kir2.1了通道门控过程,实现了Kir2.1通道门控对应的构象变化过程。并阐明了胞内外离子形成的静电相互作用调控Kir通道钾离子跨膜通透的分子机制,并进一步阐释了Kir通道的内向整流与门控变构相互耦合作用机制。本研究还涉及到了二价阳离子-钙离子调控钙调蛋白变构的分子机制和钙离子诱导BK通道构象变化过程中,阐释了相互作用力产生、远程传递路径的分子机制,甄别出影响门控变构的关键氨基酸与结构域。最后,我们筛选出几种调控Kir2,TMEM16A,Kv10.1通道天然产物小分子,并结合项目主要研究内容阐明了其作用机理。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Eag1 Voltage-Dependent Potassium Channels: Structure, Electrophysiological Characteristics, and Function in Cancer
Eag1 电压依赖性钾通道:结构、电生理特征和癌症中的功能
  • DOI:
    10.1007/s00232-016-9944-8
  • 发表时间:
    2017-04-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MEMBRANE BIOLOGY
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Wang, Xuzhao;Chen, Yafei;Zhan, Yong
  • 通讯作者:
    Zhan, Yong
Allosteric-activation mechanism of BK channel gating ring triggered by calcium ions.
钙离子触发BK通道门环变构激活机制
  • DOI:
    10.1371/journal.pone.0182067
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    PloS one
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Guan R;Zhou H;Li J;Xiao S;Pang C;Chen Y;Du X;Ke S;Tang Q;Su J;Zhan Y;An H
  • 通讯作者:
    An H
Allosteric Mechanism of Calmodulin Revealed by Targeted Molecular Dynamics Simulation
靶向分子动力学模拟揭示钙调蛋白的变构机制
  • DOI:
    10.1088/0256-307x/34/6/068701
  • 发表时间:
    2017-06-01
  • 期刊:
    CHINESE PHYSICS LETTERS
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Liang, Qian-Yun;Pang, Chun-Li;An, Hai-Long
  • 通讯作者:
    An, Hai-Long
The Structural Stability of Alpha-Helix Determined by the Preference of Amino Acids
由氨基酸的偏好决定的α-螺旋的结构稳定性
  • DOI:
    10.1088/0256-307x/33/2/028701
  • 发表时间:
    2016-02
  • 期刊:
    Chinese Physics Letters
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Xie Xiaoxiao;Li Junwei;Xiao Shaoying;Liu Yuzhi;Liu Hui;Geng Jinpeng;Zhang suhua;Yu Hui;Zhan Yong;An Hailong
  • 通讯作者:
    An Hailong
Identification of the Conformational transition pathway in PIP2 Opening Kir Channels.
PIP2 打开 Kir 通道的构象转变途径的鉴定
  • DOI:
    10.1038/srep11289
  • 发表时间:
    2015-06-11
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Li J;Lü S;Liu Y;Pang C;Chen Y;Zhang S;Yu H;Long M;Zhang H;Logothetis DE;Zhan Y;An H
  • 通讯作者:
    An H

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NaK通道的布朗动力学研究
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    2018
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  • 作者:
    郝芳芳;赵同军;封贺;王建莉;展永
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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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