基于大肠杆菌掺硒机器的新型tRNA(Sec)/SECIS元件的发现与调控机制

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31670767
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0502.分子生物物理
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Selenocysteine (Sec) is encoded by the UGA stop codon and is incorporated into the growing polypeptides to generate selenoproteins through an intrinsic mechanism. So far, the molecular interactions and recognitions among Sec-insertion factors/elements are complicated but crucial for site-specific Sec insertion and selenoprotein production. Currently, however, the regulation process of selenoprotein biosynthesis remains unclear, and the efficient preparation of full-length selenoprotein is still challenging. In the present study, the significant effects of tRNA(Sec) and SECIS element on high-efficiency biosynthesis and Sec incorporation were observed. Herein, with the E. coli selenocysteine insertion machinery, the main objects of this proposal are: 1) To search and find key nucleotide residues of tRNA(Sec) scaffold in relation to Sec incorporation, based on the molecular interaction and docking information, by means of random mutagenesis and site-directed mutagenesis. 2) To search for novel SECIS element in compatible with the E. coli selenocysteine insertion machinery. 3) To validate the novel tRNA(Sec) and SECIS element by using the in vitro screening system and rat TrxR1 as model selenoprotein. 4) To inquire a novel methodology for high-efficiency Sec-incorporation and full-length selenoprotein preparation, and to elucidate the function and regulation mechanism of E. coli selenocysteine insertion machinery.
硒代半胱氨酸(Sec)由终止密码子UGA编码,通过复杂机制掺入多肽链、生成硒蛋白,涉及到一系列辅助因子和掺硒元件的相互识别与结合。目前,尚不能洞悉硒蛋白生物合成的调控过程,还无法高效制备全长硒蛋白。申请人在大肠杆菌体系中观察到Sec特异性tRNA和mRNA 3‘UTR的SECIS可能影响和调控Sec的高效合成与活性掺入。本研究拟 1) 在大肠杆菌系统中,基于分子互作、分子对接所获得的结构信息,通过随机突变和定点突变等手段,发现大肠杆菌tRNA(Sec)骨架上影响掺硒的关键核苷酸位点;2) 寻找与大肠杆菌掺硒机器相匹配的新型SECIS元件;3) 应用抗性筛选系统和大鼠硒蛋白TrxR1为模型,在体外验证tRNA(Sec)关键核苷酸位点和新型SECIS元件;4) 获得高效生物合成全长硒蛋白的技术方法,揭示大肠杆菌掺硒机器的掺硒作用和调控机制。

结项摘要

自然中痕量元素硒通过“丝氨酸途径”间接掺入蛋白质多肽链成为硒蛋白:硒代半胱氨酸(Sec)由终止密码子UGA编码,tRNA(Sec)经SerRS催化与Ser连接;Ser-tRNA(Sec)经由SelA催化,将丝氨酸中S替换为Se,成为Sec-tRNA(Sec)被招募至70S核糖体,受SelB和SECIS元件识别和协助,掺入延伸的多肽链中。目前,掺硒效率低、硒蛋白产量低,制约硒蛋白研究和硒生物学发展。本研究主要研究“丝氨酸途径”涉及的相互识别与结合作用,解析硒蛋白原核生物合成的过程和调控并提供新思路。以大鼠细胞质型硫氧还蛋白还原酶(TrxR1)为原核掺硒模式蛋白,基于分子互作对接的结构信息,通过随机突变、定点突变和抗性筛选,在体外验证tRNA(Sec)关键位点和新型SECIS元件。将随机突变及定点突变的tRNA(Sec)所在的pSUABC’转化至BL21(DE3) gor-获得阳性重组菌株,其携带pET-TRSter共表达大鼠硒蛋白TrxR1;使用2’,5’ ADP-Sepharose亲和层析和凝胶过滤分离纯化TrxR1;最后利用经典硒依赖型DTNB还原反应测定TrxR1活性,与位点进行关联分析,评价掺硒效率。本研究在大肠杆菌体系中观察到Sec特异性tRNA和mRNA 3’-UTR的SECIS影响并调控Sec高效合成与活性掺入硒蛋白。天然SECIS元件条件下,与野生型相比,E. coli tRNA(Sec)骨架上发生突变,使得新合成的TrxR1活力呈现不同程度的降低:G18、G19 这两个位点突变,使所有TrxR1酶活远低于野生型(<10%);然而U20A/A21G和G64U/U65C双突变,所对应的TrxR1活力相对较高。一系列突变研究表明,tRNA(Sec)骨架上G18和G19位点对于维持tRNA 稳定性和灵活性发挥了关键作用,位点突变引起tRNA 结构变化会影响tRNA(Sec)与掺硒元件的互作,因此,改造tRNA核苷酸位点可以提高硒蛋白的掺硒效率。后续工作可以聚焦全新tRNA(Sec)骨架和全新SECIS元件,通过与原核掺硒机器完美匹配,实现更高掺硒效率。本研究寻找新型tRNA(Sec)骨架和SECIS元件,揭示大肠杆菌掺硒机器的掺硒和调控,为获得全长硒蛋白的合成技术提供参考。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
硒蛋白 TrxR1 介导甲萘醌还原:催化特性和抑制作用
  • DOI:
    10.13345/j.cjb.200066
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    生物工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张 楠;孙世博;张岳;杨宜佳;张意慈;陈继红;徐卫平;马强;许建强
  • 通讯作者:
    许建强
Preparation, characterization and antioxidant activity of protocatechuic acid grafted carboxymethyl chitosan and its hydrogel
原儿茶酸接枝羧甲基壳聚糖及其水凝胶的制备、表征及抗氧化活性
  • DOI:
    10.1016/j.carbpol.2020.117210
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Carbohydrate Polymers
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Chao Xu;Shui Guan;Jianqiang Xu;Weitao Gong;Tianqing Liu;Xuehu Ma;Changkai Sun
  • 通讯作者:
    Changkai Sun
PEGylated doxorubicin cloaked nano-graphene oxide for dual-responsive photochemical therapy
聚乙二醇化阿霉素包裹的纳米氧化石墨烯用于双响应光化学疗法
  • DOI:
    10.1016/j.ijpharm.2018.12.037
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    International Journal of Pharmaceutics
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Li Wang;Dongli Yu;Rui Dai;Duo Fu;Wenzhe Li;Zhaoming Guo;Changhao Cui;Jianqiang Xu;Song Shen;Kun Ma
  • 通讯作者:
    Kun Ma
Dual-Functionalized Janus Mesoporous Silica Nanoparticles with Active Targeting and Charge Reversal for Synergistic Tumor-Targeting Therapy
具有主动靶向和电荷反转功能的双功能化 Janus 介孔二氧化硅纳米粒子,用于协同肿瘤靶向治疗
  • DOI:
    10.1021/acsami.9b15434
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Liu Yajun;Dai Rui;Wei Quyu;Li Wenzhe;Zhu Guang;Chi Hao;Guo Zhaoming;Wang Li;Cui Changhao;Xu Jianqiang;Ma Kun
  • 通讯作者:
    Ma Kun
Evaluation of compost, vegetable and food waste as amendments to improve the composting of NaOH/NaClO-contaminated poultry manure
评估堆肥、蔬菜和食物垃圾作为改善 NaOH/NaClO 污染的家禽粪便堆肥的改良剂
  • DOI:
    10.1371/journal.pone.0205112
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    PLos One
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Yuting Liu;Wenxia Wang;Jianqiang Xu;Hongyu Xue;Kim Stanford;Tim A McAllister;Weiping Xu
  • 通讯作者:
    Weiping Xu

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其他文献

基于数字液压缸组的波浪能装置压力匹配研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    浙江大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    林勇刚;许建强;刘宏伟;李伟
  • 通讯作者:
    李伟
Asymptotic solution to singularly perturbed delayed equation for predator-prey model
捕食者-被捕食者模型奇异摄动延迟方程的渐近解
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Annals of Differential Equations
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    汪娜;许建强;陈炼
  • 通讯作者:
    陈炼
基于数字液压缸组的波浪能装置压力匹配
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    浙江大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    林勇刚;许建强;刘宏伟;李伟
  • 通讯作者:
    李伟
全民健康覆盖内涵下城乡居民卫生服务需要和利用现状及其公平性差异研究
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  • 发表时间:
    2018
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  • 作者:
    许建强;郑娟;李佳佳;徐凌忠
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    徐凌忠
山东省某县新型农村合作医疗重大疾病医疗保险基金补偿评价研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国卫生经济
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    许建强;郑娟;李佳佳;徐凌忠
  • 通讯作者:
    徐凌忠

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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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