L-丝氨酸和硫化物引发IscS中醌类累积变红色机理及对铁硫簇合成的调控机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31870775
  • 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:
    C0505.蛋白质、多肽与酶生物化学
  • 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

Human IscS, a cysteine desulfurase, and its active auxiliary protein ISD11 are located in mitochondrion, and defects of them can lead to severe mitochondrion-related rare diseases. The L-cysteine can be catalyzed by cysteine desulfurase to generate sulfide, which is considered to be the only source of sulfide for the iron-sulfur cluster assembly. The function of cysteine desulfurase is highly conserved from prokaryotes to eukaryotes and even humans. However, the regulatory mechanism of cysteine desulfurase is still not fully elaborated. We recently demonstrated the color of E. coli IscS could turn red from yellow if expressed and purified from iscA/sufA double mutant, which was published on the JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY. We further found that this red IscS protein can also be produced with L-serine and sulfide in vivo and in vitro, and the red IscS was less active. Also, a stable red quinonoid intermediate can also be generateed in serine-glyoxylate aminotransferase, a PLP-binding protein, which similar to IscS. It is speculated that the red substances in IscS may be the similar quinonoid intermediates and their accumulation can regulate IscS enzyme activities with L-serine and sulfide, which also regulate the biosynthesis of iron-sulfur clusters. To test this hypothesis, we aim to: 1) systematically characterize the function of L-serine and sulfides in production of IscS red; 2) try to isolate and identify the component of red IscS, explore the binding sites and binding ways in IscS protein; 3) analyze the effect of the accumulation of red IscS on the enzyme activity; 4) research on the generation of red IscS how to affect iron-sulfur cluster biogenesis. The synthesis mechanism of red quinones in IscS and the regulation mechanism of iron-sulfur cluster assembly are expected. If the project can be successfully carried out, it will lay a theoretical foundation for the research on the mechanism and prevention of rare diseases caused by defect of synthesis and regulation of iron-sulfur clusters.
人IscS或其辅助蛋白缺陷均导致严重的线粒体罕见病,IscS为半胱氨酸脱硫酶,具有为铁硫簇合成提供硫的保守功能,而其活性调节机制不完全清楚。课题组前期阐述了IscS在iscA/sufA双敲除菌中表达由黄色变为红色的现象和可能的机制(发表于JBC)。后续体内、体外研究发现L-丝氨酸和硫化物导致IscS变红且活性降低,综合类似酶能生成稳定红色醌类物质等现有研究推测IscS中的红色物质可能为醌类且可以在L-丝氨酸和硫化物的作用下累积并调节自身酶活进而调控铁硫簇的生物合成。为此将①系统分析L-丝氨酸和硫化物对IscS红色生成的作用②尝试分离、分析红色物质,探究与蛋白结合位点和方式③分析红色的累积对酶活的影响④分析红色的生成对铁硫簇组装的调节。预期阐明IscS中红色醌类物质的合成机理和对铁硫簇组装调控机制。本项目的顺利展开将为铁硫簇生物合成调控、合成障碍引起罕见病的致病机理和防治等研究奠定理论基础。

结项摘要

人IscS或其辅助蛋白缺陷均导致严重的线粒体罕见病,IscS为半胱氨酸脱硫酶,具有为铁硫簇合成提供硫的保守功能,而其活性调节机制不完全清楚。课题组前期阐述了IscS在iscA/sufA双敲除菌中表达由黄色变为红色的现象和可能的机制。后续体内、体外研究发现L-丝氨酸和硫化物导致IscS变红且活性降低,综合类似酶能生成稳定红色醌类物质等现有研究推测IscS中的红色物质可能为醌类且可以在L-丝氨酸和硫化物的作用下累积并调节自身酶活进而调控铁硫簇的生物合成。为此将①系统分析L-丝氨酸和硫化物对IscS红色生成的作用②尝试分离、分析红色物质,探究与蛋白结合位点和方式③分析红色的累积对酶活的影响④分析红色的生成对铁硫簇组装的调节。本项目执行期间取得明显成果,在中科院二区Top期刊发表相关论文2篇,申请国家专利2个(其中1项已授权,目前状态待公告),培养了1名博士研究生,并资助其前往美国路易斯安那州立大学 Huangen Ding 教授课题组学术进修。该课题的顺利进展为铁硫簇生物合成调控、合成障碍引起罕见病的致病机理和防治等研究奠定了理论基础。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Identification of an Intermediate Form of Ferredoxin That Binds Only Iron Suggests That Conversion to Holo-Ferredoxin Is Independent of the ISC System in Escherichia coli
只与铁结合的铁氧还蛋白中间形式的鉴定表明,在大肠杆菌中向全铁氧还蛋白的转化独立于 ISC 系统
  • DOI:
    10.1128/aem.03153-20
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Applied and Environmental Microbiology
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Xiaojun Ren;Feng Liang;Zhengfen He;Bingqian Fan;Zhirong Zhang;Xiudi Guo;Yukuan Du;Yilin Pang;Jianghui Li;Jianxin Lyu;Guoqiang Tan
  • 通讯作者:
    Guoqiang Tan
Roles of conserved active site residues in the IscS cysteine desulfurase reaction
IscS 半胱氨酸脱硫酶反应中保守活性位点残基的作用
  • DOI:
    10.3389/fmicb.2023.1084205
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    Frontiers in Microbiology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Guoqiang Tan
  • 通讯作者:
    Guoqiang Tan

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其他文献

锌的生物学功能及高浓度锌对铁硫蛋白的影响
  • DOI:
    10.11844/cjcb.2017.05.0344
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国细胞生物学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    吕建新
低表达线粒体蛋白ISCA2对线粒体功能影响的机制研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国细胞生物学学报
  • 影响因子:
    --
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  • 通讯作者:
    吕建新
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    中国细胞生物学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    吕建新
真核细胞顺乌头酸酶活性检测新技术——胶内酶活性分析法
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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    吕建新
同步数据流模型调度序列的空间优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算机工程与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘国鑫;谭国强;贺也平
  • 通讯作者:
    贺也平

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谭国强的其他基金

低温和锌胁迫下Fdx通过调节自组装[2Fe-2S]簇的方式调控大肠杆菌铁硫簇合成的分子机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目
线粒体蛋白ISCA2突变通过[4Fe-4S]合成缺陷介导脑病发生的机制研究
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    面上项目
mitoNEET在细胞铁硫簇转运中的作用及调节机制研究
  • 批准号:
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  • 项目类别:
    青年科学基金项目

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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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