海洋微型生物异柠檬酸脱氢酶的功能鉴定及进化机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31570010
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0101.微生物多样性、分类与系统发育
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The protein family of isocitrate dehydrogenase (IDH) is an essential enzyme family in the organisms. However, no NAD-dependent IDH (ancestral protein) has been found in a monophyletic group, type II subfamily. A large number of genomes from marine organisms have been sequenced, which become a breakthrough for completing the IDH family. Many methods will be employed to study the novel IDHs, including molecular phylogenetics, functional genomics, enzymology, structural biology and protein engineering. The phylogenetic tree of IDH family will be rebuilt, and the functions of IDHs from marine bacteria and algae in the three new clades will be identified. Based on the alteration of specificity, it will be detected that whether the marine bacterial NAD-IDH is the ancestor of the bacterial NADP-IDH and whether the marine algae NAD-IDH is the ancestor of the eukaryotic NADP-IDH in the same subfamily. It will be also detected that whether the marine algae monomeric NADP-IDH is evolved from the bacterial monomeric NAD-IDH in the same subfamily. Considering that the evolutionary positions of the marine algae monomeric NADP-IDH and the bacterial monomeric NADP-IDH are crossed, the possible horizontal gene transfer between them will be analyzed. Based on the research of IDH phosphorylation mechanism, the phylogenetic path of the glyoxylate cycle will be explored to provide the evidences for the horizontal gene transfer among the bacteria, the plants and the animals. The investigation of NAD-IDH from the marine microbes in the new clades will fill the gap of the phylogenetic study of IDH family.
异柠檬酸脱氢酶(IDH)家族是重要的酶家族,但单起源的IDH第II亚族至今未发现祖先蛋白NAD-IDH。大量涌现的海洋生物基因组序列成为补齐IDH家族的突破口。本项目拟采用分子系统学、功能基因组学、酶学、结构生物学、蛋白质工程等技术,重建IDH家族系统发生树;对3个新进化分支中的海洋藻类及细菌IDH进行功能鉴定;基于辅酶依赖性转换实验,检测新的海洋细菌NAD-IDH是否是本亚族细菌NADP-IDH的祖先、海洋藻类NAD-IDH是否是本亚族真核NADP-IDH的祖先、及海洋藻类单体NADP-IDH是否由单体NAD-IDH演化而来;鉴于海洋藻类单体NADP-IDH与细菌单体NADP-IDH交叉的进化位置,分析二者间可能的基因水平转移关系;结合IDH磷酸化机制的研究,探寻乙醛酸循环的进化路径,为可能的细菌、植物、动物之间的基因水平转移提供证据。本研究将填补IDH家族系统分类研究中缺少的重要一环。

结项摘要

异柠檬酸脱氢酶(IDH) 蛋白家族是所有生物体中心代谢中的关键酶,与能量代谢、氨基酸和维生素合成、氧化应激以及多种类型癌症的发生发展密切相关。本项目完成了对IDH家族4个新进化分支中的海洋藻类或细菌IDH的酶学鉴定,分别是来自Type II亚家族的海仙菌NAD-HsIDH、长盐单胞菌NAD-HeIDH及海滨聚集杆菌NAD-ClIDH,以及海洋青绿藻NAD-OtIDH、三角褐指藻NAD-PtIDH1及蓝隐藻NAD-GtIDH,和来自Type III亚家族的三角褐指藻NADP-PtIDH2和甲基拟甲烷球菌NADP-MmIDH。HsIDH、HeIDH及ClIDH是同源六聚体NAD-IDHs,OtIDH和PtIDH1是藻类同源二聚体NAD-IDHs,PtIDH2是单体型同源四聚体NADP-IDH,这些IDH均是此前未见报道的酶。辅酶依赖性转换实验,为Type II亚家族真核NADP-IDH、Type II亚家族细菌NADP-IDH、以及Type III亚家族藻类和古菌NADP-IDH找到了可能的祖先酶。结合系统发生树分析,探讨了海洋藻类与细菌之间可能的基因水平转移关系。解析了5种IDH晶体结构,包括OtIDH (PDB ID: 6IXL, 6IXT, 6IXN, 6IXU)、XcIDH (PDB ID: 6LTF)、McIDH (PDB ID: 6LKY)、PtIDH1 (PDB ID: 6LKZ)以及AbIDH2 (PDB ID: 5Z16)。本项目实施前,Type II 亚家族所有IDH均为NADP-IDH,PDB里除了真核线粒体异源寡聚体NAD-IDH的结构,只有一种细菌NAD-IDH结构。本项目实施后,4个新进化分支填补了Type II IDH和Type III亚家族系统分类中缺失环节。同时不同NAD-IDH结构的解析,也极大的丰富了PDB中NAD-IDH的结构信息。上述成果对于更好的了解IDH蛋白家族的生理功能具有重要的科学意义。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
The soluble transhydrogenase UdhA affecting the glutamate-dependent acid resistance system of Escherichia coli under acetate stress.
可溶性转氢酶UdhA对乙酸胁迫下大肠杆菌谷氨酸依赖性耐酸系统的影响
  • DOI:
    10.1242/bio.031856
  • 发表时间:
    2018-09-10
  • 期刊:
    Biology open
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Zhao H;Zhou F;Xing Q;Cao Z;Liu J;Zhu G
  • 通讯作者:
    Zhu G
Biochemical and phylogenetic characterization of a monomeric isocitrate dehydrogenase from a marine methanogenic archaeon Methanococcoides methylutens
海洋产甲烷古菌 Methanococcoidesmethylutens 单体异柠檬酸脱氢酶的生化和系统发育特征
  • DOI:
    10.1007/s00792-020-01156-2
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Extremophiles
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Wang P;Wang Y;Guo XX;Huang SP;Zhu GP
  • 通讯作者:
    Zhu GP
Biochemical Characterization and Complete Conversion of Coenzyme Specificity of Isocitrate Dehydrogenase from Bifidobacterium longum.
长双歧杆菌异柠檬酸脱氢酶的生化表征和辅酶特异性的完全转换。
  • DOI:
    10.3390/ijms17030296
  • 发表时间:
    2016-02-26
  • 期刊:
    International journal of molecular sciences
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Huang SP;Cheng HM;Wang P;Zhu GP
  • 通讯作者:
    Zhu GP
Impacts of Cys392, Asp393, and ATP on the FAD binding, photoreduction, and the stability of the radical state of Chlamydomonas reinhardtii cryptochrome
Cys392、Asp393 和 ATP 对莱茵衣藻隐花色素 FAD 结合、光还原和自由基状态稳定性的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    ChemBioChem
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Xu L;Wen B;Shao WG;Yao PC;Zheng W;Zhou ZQ;Zhang R;Zhu GP
  • 通讯作者:
    Zhu GP
Residues at a single site differentiate animal cryptochromes from cyclobutane pyrimidine dimer photolyases by affecting the proteins' preferences for reduced FAD
单个位点的残基通过影响蛋白质对减少 FAD 的偏好来区分动物隐花色素和环丁烷嘧啶二聚体光裂合酶
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    ChemBioChem
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Xu L;Wen B;Wang Y;Tian CQ;Wu MC;Zhu GP
  • 通讯作者:
    Zhu GP

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银杏精细胞结构及受精作用的细胞学研究
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    王宝娟;安丽华;朱国萍
  • 通讯作者:
    朱国萍

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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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