使用单分子荧光显微镜深入研究人体端粒酶的结构和功能

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21375051
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0404.化学与生物传感
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Fully understanding the biochemical action of human telomerase for us is presently a huge challenge since it is a very big complex; moreover, it is remarkably difficult to get enough amount of heloenzyme for traditional enzyme analysis. We must adopt novel methods to assay human telomerase and understand enzymaticaction. Single molecule technique not only can detect dynamic of individual molecule and flexibility of enzyme catalysis, but also can check very little amount of samples in solution or on surface, which cannot be performed by bulk experiment. 1)Single-molecule fluorescence spectroscopy (coincidence spectroscopy, FRET and Pipette delivery to initiate catalysis) will be used for us to investigate the biochemical action of human telomerase. We will adopt step-by-step method to study the complex system. Firstly we may separately investigate hTR and hTERT. Because we can get enough hTR sample for bulk experiment and single molecule detection, we can detailed investigate the structure and function of hTR, especially focus on tertiary and quarterly structure. In studying tertiary structure of hTR, we concern some interesting domains, including pesudoknot domain and Box H/ACA and CR7 domain. 2)we will investigate the interaction between hTR and hTERT. Although scientists believe that human telomerase is complex, at least containing two hTRs. Some specific regions responsible for hTR and hTERT have been identified, however some key questions still remain, such as stoichiometry of hTR and hTERT and active site stoichiometry. These cases involve protein-protein interaction and protein-RNA recognition. Utilizing single-molecule fluorescence coincidence spectroscopy and FRET, we can address some key questions in human telomerase, such as detailed stoichiometry of hTR and hTERT, recognition sequence and the mechanism of protein-RNA interaction and recognition. 3)the most challenging studies in the overall project are to understand the catalytic action of human telomerase. During processive telomere extension, telomerase repeatedly uses the same small integral template for DNA synthesis. There are several key questions we need to answer. At the first stage,telomerase binds its substrate telomere into its active site. How does telomerase adjust its affinity during reaction cycle? The process maybe involves either hTR, or protein, or hTR and protein. The detailed mechanism of recognition and binding between telomere and telomerase also need to be solved. At the second stage, telomerase extend its substrate. We need to investigate the velocity of single round extension in reaction cycle and which factors effects the velocity, such as substrate concentration, counterions concentration and telomere length. At the third stage,The translocation reaction requires a change from a strand-annealing and DNA-synthesizing enzyme to a strand-separating enzyme. This property is different from other polymerases.
人类端粒酶(Human Telomerase)是一种特殊的反转录酶,是用来控制和维护染色体末端单链DNA(Human Telomere)。超过85%的癌细胞中都有活性端粒酶的存在,它是一个典型标记分子,能够作为癌症的治疗靶点。因此,对端粒酶结构和功能的深入研究将是解决细胞老化和细胞永生(癌症)这一世界性生物学难题的基础。人体内端粒酶表达自然丰度低,使用单分子技术才能够帮助建立高分辨率的端粒酶结构模型。本课题提出联合使用独立开发出来的双色激发双色检测单分子显微镜(TCCD)和荧光共振能量转移技术(FRET)深入研究端粒酶,来探讨端粒酶的主要结构构象和分子内局部结构运动,解析出端粒酶的高分辨率结构,和催化功能之间的重要关系,并要在特定时间在特定位置用小分子来启动并控制端粒酶生物催化反应。目标是找出这种酶与人体肿瘤产生的直接或间接的因果关系,从而提供能治疗人类恶性疾病的可行路径。

结项摘要

本研究主要采用双色激发双色检测单分子显微镜(TCCD)和荧光共振能量转移技术(FRET)深入研究了自然表达丰度低,缺失高分辨率结构的端粒酶。首次实现:. (1)构建出高特异性响应癌细胞内端粒DNA分子的传感器,完成了端粒和端粒酶的表达和标记、酶化合物表征等工作,成功进行了TCCD-FRET技术应用于进行端粒酶化合物表征;. (2)使用荧光技术检测跟踪in vitro端粒酶并探索端粒酶活性分子机理,完成单分子技术对生物催化反应的有效控制等工作;. (3)完成TCCD-FRET与定时定位技术的合并并使用它来研究端粒酶的主要结构构象和分子内局部结构运动等工作;. (4)探讨了端粒酶检测创新技术与环境中污染物可能致癌的科学问题之间的关系。该研究属于高度交叉学科项目,我们通过对石墨烯、碳纳米管、重金属等材料进行修饰及改性,成功制备了具有强吸附性能的石墨烯、碳纳米管等新型碳基复合材料,实现了水体中抗生素等有机污染物的高效去除及高灵敏检测,同时构建了检测细胞中的生物小分子的高灵敏、高选择性的纳米传感器。. 本研究部分揭示出端粒酶和环境污染与人体肿瘤产生的直接或间接的因果关系,从而提供了治疗人类恶性疾病的可行路径。

项目成果

期刊论文数量(27)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(11)
Silver nanoparticles on cotton swabs for improved surface-enhanced Raman scattering, and its application to the detection of carbaryl
棉签上的银纳米颗粒改善表面增强拉曼散射及其在西维因检测中的应用
  • DOI:
    10.1007/s00604-016-1760-4
  • 发表时间:
    2016-04-01
  • 期刊:
    MICROCHIMICA ACTA
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Qu, Lu-Lu;Geng, Yun-Yan;Li, Haitao
  • 通讯作者:
    Li, Haitao
您的分子式是什么?——解读雾霾对人体的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    科学中国人
  • 影响因子:
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  • 作者:
    曹英男;李艳艳;刘迎亚;渠陆陆;李海涛
  • 通讯作者:
    李海涛
A Modularly Designable Vesicle for Sequentially Multiple Loading
用于连续多次加载的模块化设计囊泡
  • DOI:
    10.1002/smll.201703259
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Small
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Yiyang Zhang D;an Bao Shuo Wang Yuancheng Don;Fen Wu;Hai-tao Li;Dongsheng Liu
  • 通讯作者:
    Dongsheng Liu
Blood fluorescence polarization characteristics of saturated fatty acid biological effects
血液荧光偏振特性对饱和脂肪酸生物效应的影响
  • DOI:
    10.1016/j.ijleo.2016.09.124
  • 发表时间:
    2016-01-01
  • 期刊:
    OPTIK
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Han, Caiqin;Liu, Ying;Li, Haitao
  • 通讯作者:
    Li, Haitao
饮用水中抗生素残留检测方法的研究进展
  • DOI:
    10.14159/j.cnki.0441-3776.2016.03.003
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    化学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李艳艳;刘迎亚;范霄;曹英男;王佳佳;卢菊生;渠陆陆;耿俊峰;李海涛
  • 通讯作者:
    李海涛

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其他文献

野猪Toll样受体基因的结构和功能鉴定
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  • 发表时间:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
    张雪梅
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典型湿度环境下水工补偿收缩混凝土的抗裂性研究
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  • 作者:
    宁逢伟;李海涛;陈波;白银;王子龙;张丰
  • 通讯作者:
    张丰

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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