氟中毒机制单分子研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11864006
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    46.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2013.软凝聚态与生物物理
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

High dose intake of fluoride from contaminated drinking water leads to fluorosis. Around half of the population in Guizhou province suffer.from fluoroisis, but the mechanism of fluoride toxicity remains elusive. A fluoride-responsive riboswitch class was identified by analyzing a group of noncoding RNA structures that carry a conserved domain called the crcB motif. crcB motif RNAs are located upstream of genes encoding proteins of diverse functions and presumably regulate these genes. The conformation of crcB motif can be changed by adding fluoride ion, but exclusive to other halogen ions. Fluoride ion serves as potential acceptor of hydrogen bond, the exitence of the direct formation of hydrogen bond beteween fluoride ion and the base of DNA . Based on the hairpin structure, effect of fluoride on the stability.of hairpin structure will be detected by magnetic tweezers, and then the association constant between fluoride ion and the base in oligonucleotide designed according to the hairpin structure can be detected by ITC experiment. Finally a realition between the association constant and the binding energy of hydrogen bond can be defined based on statistical machanics, by comaring it with the association constant obtained in ITC experiment, the binding energy can be obtained definitely, so that the exsitence of hydrogen bond can be identified.
氟中毒分布广,且致残率高,贵州省为重病区,病区人口接近总人口二分之一,确切致病机制仍不清楚。最近实验发现一类调控氟离子转运的CLC阴离子输运蛋白, 为一类反向转运体,其表达由含有保守区域crcB motif非编码RNA调控。crcB motif位于编码多功能蛋白基因上游,编码膜蛋白。不同于其它卤族离子,氟离子显著影响crcB motif构象,进而影响基因表达。氟离子为潜在氢键受体,其能否与碱基形成氢键,进而影响crcB motif构象,尚不清楚。基于crcB motif 亚结构特征,构建DNA及RNA hairpin结构,利用磁镊子确定氟化物对hairpin结构稳定性影响一般规律;在此基础上,利用等温滴定量热法确定氟离子与寡聚核苷酸链之间结合常数;基于统计力学方法确定结合常数与结合能之间定量关系,结合实验确定的结合常数,确定氟离子与碱基之间结合能,判定氟离子与碱基之间是否形成氢键。

结项摘要

按照预定研究计划完成国家自然科学基金“氟中毒机制单分子研究”的研究任务,项目结合单分子实验、等温滴定量热实验、分子动力学模拟等方法系统地研究了氟化物对DNA hairpin结构稳定性的影响,取得以下主要结果, (1)搭建单分子磁镊平台,利用打开概率、转变速率分析不同氟离子浓度条件下的hairpin结构转变的动力学信息,DNA hairpin结构的临界力随着氟离子浓度增加而逐渐减少; (2) 利用统计力学方法建立了结合常数与结合能之间的关系,将其与ITC实验测量的的寡聚核苷酸链结合常数结合,确定氢键能量,利用该方法证实氟离子与寡聚核苷酸链间未形成氢键; (3) 氟离子浓度增加导致寡聚核苷酸链的Zeta电位逐渐降低,导致DNA hairpin结构失稳。分子动力学结果表明,氟离子相对于寡聚核苷酸链的径向分布比氯离子的径向分布要广,导致Zeta电位降低; (4)拓展oxDNA模型研究大分子拥挤效应,模拟结果与单分子实验结果对比表明PEG分子引起的大分子拥挤效应对DNA hairpin结构稳定性影响是通过排斥体积效应实现的。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(1)
科研奖励数量(5)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Macromolecule crowding effects on the phase separation of semi-flexible polymer in spherical confined space
球状受限空间内高分子拥挤对半柔性聚合物相分离的影响
  • DOI:
    10.31557/apjcp.2020.21.1.217
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Biological Physics
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Hongchang Wang;Lingyun Gu;Rongri Tan;Xiaotian Ma;Xun Zhou;Yanhui Liu
  • 通讯作者:
    Yanhui Liu
Phase transition of DNA knotting in spherical space
球形空间中 DNA 打结的相变
  • DOI:
    10.1088/1361-648x/ac808f
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Physics: Condensed Matter
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xiaolin Nie;Caiyun Xiong;Xun Zhou;Yanhui Liu
  • 通讯作者:
    Yanhui Liu
Quantify the combined effects of temperature and force on the stability of DNA hairpin
量化温度和力对 DNA 发夹稳定性的综合影响
  • DOI:
    10.1088/1361-648x/abee38
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Physics: Condensed Matter
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Lin Li;Hongchang Wang;Caiyun Xiong;Di Luo;Hu Chen;Yanhui Liu
  • 通讯作者:
    Yanhui Liu
Zeta potentials of fluoride anion result in the instability of DNA hairpin
氟阴离子Zeta电位导致DNA发夹不稳定
  • DOI:
    10.1093/glycob/cwz029
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    EPL
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Yang Jing;Zhengwei Han;Di Luo;Hu Chen;Yanhui Liu
  • 通讯作者:
    Yanhui Liu
Phase transition of DNA compaction in confined space: Effects of macromolecular crowding are dominant
有限空间内DNA压实的相变:大分子拥挤效应占主导地位
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/ab5941
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Chen Erkun;Fan Yangtao;Zhao Guangju;Mao Zongliang;Zhou Haiping;Liu Yanhui
  • 通讯作者:
    Liu Yanhui

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其他文献

胶质瘤相关癫痫诊治及研究进展
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    --
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
    --
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
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  • 作者:
    刘艳辉;张秀娟;孟亮。
  • 通讯作者:
    孟亮。

其他文献

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刘艳辉的其他基金

大分子拥挤效应对DNA稳定性影响的单分子研究
  • 批准号:
    12164007
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    2021
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纳米药物粒子胞吞过程对纳米药物粒子蛋白冠尺寸选择性机制研究
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相似国自然基金

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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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