冷冻电子显微学研究ESCRT-III剪切膜的分子机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31870743
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0501.结构生物学
  • 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

The endosomal sorting complex required for transport (ESCRT) is essential for many biological processes including multivesicular body formation, budding and release of HIV-1, cytokinesis, autophagy and nuclear pore assembly. ESCRT assembles into a conserved multisubunit machinery that performs a topologically unique membrane bending and scission reaction away from the cytoplasm. Among ESCRT subunits, ESCRT-III is the key part to sever membrane neck via assembling into in-plane spiral filaments, which harbor energy in the outer part. The domain reorganization of ESCRT-III subunit can release energy as possible source for membrane abscission. However, the detailed abscission mechanism about how ESCRT-III assembles and dissembles via Vps4 accompanied with energy change remains elusive due to the lack of high-resolution structure of ESCRT-III assemblies. .In this project, we will draw cryo-Electron Microscopy and cryo-Electron Tomography as the heart of our tools, complemented with biochemistry, cell biology, molecular dynamic simulation and optical tweezer aiming to study the detailed mechanism for ESCRT-III to abscise membrane. The whole project will include three correlative parts: 1) determining the high resolution structure of ESCRT-III in plane spiral in the presence of membrane via combining both cryo-EM and cryo-ET techniques; 2) resolving the high resolution structure of wild-type Vps4 with ESCRT-III filament passing through; 3) elucidating the energy recycle during ESCRT-III assembly and disassembly. .This project aims to answer how ESCRT do what they do. All the above work together will clearly show us the detailed membrane abscission mechanism accompanied with ESCRT-III assembly and the exact recovery of ESCRT-III from filaments to individual subunits via Vps4. Obviously, this project is not limited to basic research only, but will yield many promising compounds targeting cancer, neurodegenerative disease and Huntington disease caused by dysfunctional ESCRT components.
转运必需内吞体分选复合物(ESCRT)是目前发现的唯一一类可以使膜表面形成凹陷进而剪切形成独立膜系统的蛋白超分子机器,在细胞分裂,病毒出芽,细胞自噬,核膜重塑等过程中发挥了重要的作用。其中的ESCRT-III复合体组装成平面线状螺旋结构,通过结构的重排完成膜的剪切,是ESCRT系统中最重要的执行膜剪切的分子机器。.本项目将以冷冻电子显微学作为主要技术手段,综合利用生物化学,细胞生物学,分子动态模拟和光镊等技术,从解析膜上ESCRT-III平面螺旋高分辨率结构入手,研究ESCRT-III与下游解螺旋因子Vps4的复合体结构,进而检测ESCRT-III组装与去组装过程中的能量变化,从而深入理解ESCRT-III剪切膜的分子机制。.该项目的完成对解决由ESCRT功能紊乱造成的肿瘤,神经退化性疾病和亨廷氏在内的多种疾病具有重大指导意义,同时也将为胞内诸多蛋白与膜相互作用系统的研究提供借鉴。

结项摘要

转运必需内吞体分选复合物(ESCRT)是目前发现的唯一一类可以使膜表面形成凹陷进而剪切形成独立膜系统的蛋白超分子机器,在细胞分裂、病毒出芽、细胞自噬、核膜重塑等过程中发挥了重要的作用。其中的ESCRT-III复合体组装成平面线状螺旋结构,通过结构的重排完成膜的剪切,是ESCRT系统中最重要的执行膜剪切的分子机器。 .在本项目的资助下,我们以冷冻电镜为主要技术手段,率先发现了ESCRT-III在膜上形成的平面螺旋线状结构,克服了平面螺旋线状结构解析中诸多困难,开发了一种基于螺旋轨迹赋予欧拉角的重构新算法,解析了ESCRT-III膜上两种不同曲率多聚体的结构,明确指出了ESCRT-III亚基以其helix a0与膜相互作用,为全面理解ESCRT-III从平面螺旋线状结构到3D螺旋结构的转变提供了坚实的结构生物学基础。.通过比较不同曲率的ESCRT-III结构,我们发现了ESCRT-III的曲率来自其自身helix a2/3的弯曲,我们的分子动态模拟表明弯曲的helix a2/3具有更低的自由能,也提示ESCRT-III平面螺旋线状结构自内向外随着弯曲程度减少,自由能不断增加。进一步的数学建模证实了ESCRT-III平面螺旋线状结构不断积累的能量足以完成膜的剪切过程,首次提出了ESCRT-III剪切膜的能量来源。.本项目的开展,填补了ESCRT-III剪切膜初始状态的空白,提供了领域内期盼已久的平面螺旋线状结构。另外,本项目创造性把结构研究,功能分析和能量联系在一起,不仅在基础研究研究中起到了很好的例证作用,也将为解决由ESCRT功能紊乱造成的肿瘤,神经退化性疾病和亨廷氏在内的多种 疾病具有重大指导意义。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Annealing synchronizes the 70S ribosome into a minimum-energy conformation
退火使 70S 核糖体同步化为最小能量构象
  • DOI:
    10.1101/2021.06.25.447849
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Proceedings of the National Academy of Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Chu Xiaofeng;Su Xin;Liu Mingdong;Li Li;Li Tianhao;Qin Yicheng;Lu Guoliang;Qi Lei;Liu Yunhui;Lin Jinzhong;Shen Qing-Tao
  • 通讯作者:
    Shen Qing-Tao
Structural plasticity of mumps virus nucleocapsids with cryo-EM structures
具有冷冻电镜结构的腮腺炎病毒核衣壳的结构可塑性
  • DOI:
    10.1038/s42003-021-02362-0
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Communications Biology
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Shan Hong;Su Xin;Li Tianhao;Qin Yuqi;Zhang Na;Yang Liuyan;Ma Linsha;Bai Yun;Qi Lei;Liu Yunhui;Shen Qing-Tao
  • 通讯作者:
    Shen Qing-Tao
Structure and assembly of double-headed Sendai virus nucleocapsids
双头仙台病毒核衣壳的结构与组装
  • DOI:
    10.1038/s42003-021-02027-y
  • 发表时间:
    2021-04-22
  • 期刊:
    COMMUNICATIONS BIOLOGY
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhang N;Shan H;Liu M;Li T;Luo R;Yang L;Qi L;Chu X;Su X;Wang R;Liu Y;Sun W;Shen QT
  • 通讯作者:
    Shen QT
Insights into Paramyxovirus Nucleocapsids from Diverse Assemblies
从不同的组装中深入了解副粘病毒核衣壳
  • DOI:
    10.3390/v13122479
  • 发表时间:
    2021-12-10
  • 期刊:
    Viruses-Basel
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Li T;Shen QT
  • 通讯作者:
    Shen QT

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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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