线粒体中蛋白质原位核磁共振研究方法的建立

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基本信息

项目摘要

Mitochondria are important organelles in eukaryotes. Mitochondrial dysfunction will lead to large numbers of diseases, such as premature senility syndrome, neurodegenerative diseases including Parkinson’s disease and Alzheimer's disease. An important pathway to understand the pathogenesis of these diseases is to carry out in situ studies of proteins in mitochondria, in which nuclear magnetic resonance (NMR) technology has its own unique advantage. At present, in situ NMR studies of proteins in mitochondria still remain a primary stage and systematic investigations are lacking. Therefore, it is urgent to develop the method of protein NMR in mitochondria. In this project, we use α-synuclein, which is tightly related to Parkinson's disease and impairs mitochondrial function, as an object of study, and try using three different methods to import α-synuclein and its mutants with various isotopic labeling such as selective 15N-Leu enrichment, 13C-methyl enrichment of Ile, Leu, Val and Ala, and 19F labeling, into mitochondria. The efficiency of protein imported into mitochondria of these three methods and the advantages and disadvantages of different isotopic labeling are evaluated by acquired NMR data, and then the method of protein NMR in mitochondria will be developed. At the same time, the possible molecular mechanism of mitochondrial dysfunction caused by α-synuclein will be investigated. The project will provide an effective way to observe protein structure, interaction and modification in atom level for in situ studies of proteins in mitochondria, help greatly guide investigators in selecting the high efficient method of proteins imported into mitochondria and the appropriate enrichment or labeling method for protein NMR studies in mitochondria, and be of great significance to protein science and the study of mitochondrial diseases.
线粒体是真核生物细胞中重要的细胞器,线粒体功能障碍将引起诸多疾病,如早衰、神经退行性疾病—帕金森病等。在线粒体中开展蛋白质原位研究是理解这些疾病发生机制的一个重要途径。能提供蛋白质原子水平信息的核磁共振波谱技术应用于线粒体蛋白质原位研究具有独特优势,但目前该领域的发展尚处刚刚起步阶段,非常缺乏系统的研究方法。本项目以引起线粒体功能障碍、与帕金森病紧密相关的α-突触核蛋白为研究对象,采用多种不同方法将该蛋白及其突变体引入到线粒体中,通过研究同位素标记蛋白质进入线粒体的高效实验方法,以及不同标记方法的优缺点,建立起线粒体中蛋白质原位核磁共振研究方法,同时探究α-突触核蛋白引起线粒体功能障碍的可能分子机制。该研究方法的建立能为线粒体中蛋白质的原位研究提供一种原子水平观察蛋白质结构、相互作用、修饰等重要信息的有效途径,从而为线粒体疾病发病机制的研究提供新的研究方法突破。

结项摘要

线粒体是真核生物细胞中重要的细胞器,线粒体功能障碍将引起诸多疾病,如早衰、神经退行性疾病—帕金森病等。在线粒体中开展蛋白质原位研究是理解这些疾病发生机制的一个重要途径。能提供蛋白质原子水平信息的核磁共振波谱技术应用于线粒体蛋白质原位研究具有独特优势,但目前该领域的发展尚处刚刚起步阶段,非常缺乏系统的研究方法。本项目以引起线粒体功能障碍、与帕金森病紧密相关的α-突触核蛋白为研究对象,首先在原核表达系统中实现蛋白质同位素标记,然后采用不同方法将标记蛋白引入线粒体中,并采集核磁共振数据。研究发现在尝试的诸多方法中,电转导方法是最为有效的转入目标蛋白到线粒体内的方法,我们基于该方法将目标蛋白转入大鼠组织(肝或脑)线粒体中,收集一系列核磁共振谱图,建立了线粒体中蛋白质原位核磁共振研究方法。该研究方法的建立为线粒体中蛋白质的原位研究提供一种原子水平观察蛋白质结构、相互作用、修饰等重要信息的有效途径。

项目成果

期刊论文数量(3)
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The effects of macromolecular crwoding on calmodulin structure and function
大分子拥挤对钙调蛋白结构和功能的影响
  • DOI:
    10.1002/chem.20170367
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Chem Euro J
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Guohua Xu;Jiajing Zhao;Kai Cheng;Qiong Wu;Xiaoli Liu;Maili Liu;Conggang Li
  • 通讯作者:
    Conggang Li
类细胞环境下蛋白质结构与功能的NMR研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    化学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐国华;李从刚;刘买利
  • 通讯作者:
    刘买利
GB1与金属离子相互作用的NMR研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    波谱学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    成凯;姚陈叠;徐国华;李从刚
  • 通讯作者:
    李从刚

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其他文献

基于N-S方程的剪刀式尾桨前飞状态气动力计算研究
  • DOI:
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水稻铁氧化酶基因OsLPR5对拟南芥根系发育和养分利用的影响
  • DOI:
    --
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  • DOI:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    徐国华
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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其他文献

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活细胞内G-四链体结构稳定性的测量方法及其在抗癌药物筛选中的应用研究
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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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