细胞间血红素分子伴侣HRG-3的功能机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31371435
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0701.细胞器及亚细胞结构、互作与功能
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Heme is a critical cofactor for proteins such as hemoglobin, myoglobin, cytochromes and peroxidases. It plays essential roles in various biological processes including oxygen transport, electron transport, gas sensing, xenobiotic detoxification, signal transduction, microRNA processing, and circadian clock control. Since free heme is cytotoxic due to its peroxidase activity, cells have developed specific trafficking pathways to import, transport, sequester, and utilize heme. In most eukaryotes, heme is synthesized via a conserved eight-step biosynthetic pathway, which is regulated by many effectors. It is difficult to study heme trafficking pathways due to the complexity of intrinsic heme production. The free-living roundworm C. elegans is unable to synthesize heme, despite requiring this iron-containing compound nutritionally. Thus, this animal provides an ideal genetic system for dissecting heme trafficking pathways in metazoa. Research on C. elegans has led to the discoveries of the heme importer HRG-1 and the first intercellular heme chaperone HRG-3. Our preliminary work has shown that HRG-3 is required for the delivery of maternal heme to oocytes and developing embryos in the worm. However, the mechanisms responsible for HRG-3-mediated heme transport are largely unknown. For example, what is the receptor of HRG-3 in oocytes or embryos? What molecules escort HRG-3 to move from the intestine to the uterus? What is the fate of HRG-3 after it delivers heme? The main objective of this proposal is to identify and characterize novel proteins involved in intercellular heme trafficking using C. elegans as the model organism. We propose to purify the HRG-3-associated complexes from worms and identify the peptides by mass spectrometry. The functions of HRG-3 partners in heme metabolism will be interrogated using the following approaches. First, we will synthesize transcriptional and translational reporter constructs to determine the temporal and spatial expression pattern of candidate genes in the worm. Second, the candidate genes will be expressed in mammalian cells for the analysis of subcellular localization. Third, we will utilize the loss-of-function studies in C. elegans to evaluate the specific roles of candidate genes in: a) heme-dependent growth and development, b) organismal heme homeostasis, and c) intercellular heme trafficking. Collectively, characterization of intercellular heme trafficking pathways will improve the understanding of heme metabolism. Results from this proposal will also provide a molecular blueprint to model parasitic heme acquisition systems, which could serve as potential drug targets for helminthic control. In addition, the findings in this study will facilitate the identification of the homologous heme trafficking pathways in mammals, and provide new genetic basis for treating human blood disorders such as anemias and porphyrias.
血红素是血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素等蛋白的功能辅基,在氧运输、电子传递、昼夜节律调控等细胞活动中起重要作用。游离态的血红素具有过氧化物酶活性和细胞毒性,因此,动物细胞必须利用特定的分子机制吸收、转运和贮存血红素。秀丽线虫自身不能合成血红素,但其细胞代谢和生长繁殖又需要血红素,因此是研究血红素运输的理想动物模型。通过在秀丽线虫上的研究,我们发现了首个细胞间血红素伴侣-HRG-3,它负责将肠道吸收的血红素通过循环系统运输至卵细胞和虫胚,因此对胚胎的营养发育十分重要。为了阐明HRG-3的作用机理,本项目拟通过蛋白质组学、细胞生物学、遗传学等研究手段,筛选与HRG-3相互作用的蛋白分子,并鉴定它们在血红素运输过程中的功能。我们将进一步寻找这些分子在寄生虫和哺乳动物上的同源蛋白。预期发现的HRG-3受体及相关蛋白将完善对细胞间血红素运输通道的认识,并为防治寄生虫病、贫血、卟啉症等疾病提供理论依据。

结项摘要

血红素是自然界所有生命体都必需的一种卟啉化合物,它在细胞中的稳态代谢受特定分子通路调控。我们通过前期研究,在模式动物秀丽线虫上发现了细胞间血红素分子伴侣HRG-3,但其作用机制还不清楚。本项目提出以HRG-3为切入点,鉴定新的血红素代谢相关分子,深入探究动物细胞中的血红素运输通路。我们通过遗传筛选,在秀丽线虫上发现了两个同源的血红素感应基因tngo-a和tngo-b,它们的表达同时受血红素水平和HRG-3影响,研究结果表明TNGO很可能是一个细胞内血红素分子伴侣。本项目取得的主要研究结果包括:(1)秀丽线虫tngo-a和tngo-b主要表达于肠细胞,线虫TNGO蛋白定位于顶端细胞膜和细胞核,而人的同源蛋白TANGO定位于线粒体和细胞质。(2)tngo-a和tngo-b调控线虫肠细胞的血红素稳态。我们构建了tngo基因敲除线虫,发现敲除tngo影响了秀丽线虫对血红素的感应,对血红素类似物GaPP毒性的耐受,以及对荧光血红素类似物ZnMP的吸收。(3)哺乳动物TANGO调控细胞及线粒体内的血红素稳态。我们在人的体外细胞系中敲除了TANGO,发现TANGO缺失后,线粒体中血红素累积,并且细胞能够耐受较高浓度血红素的毒性。(4)我们通过体外蛋白纯化和生化实验发现TANGO是一个血红素结合蛋白。综合遗传学、细胞生物学、生物化学等实验的结果,我们推测TNGO很可能是一个血红素分子伴侣,负责调控细胞内血红素稳态。TNGO及其同源蛋白的发现有望填补细胞内血红素稳态领域的空白,为血红素代谢学科提供新的认识和发展方向,并为认识及防治相关遗传性贫血及血红素代谢疾病提供潜在的理论依据。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Regulation of heme biosynthesis and transport in metazoa.
后生动物血红素生物合成和运输的调节。
  • DOI:
    10.1007/s11427-015-4885-5
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Science China Life Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Sun Fengxiu;Cheng Yongjiao;Chen Caiyong
  • 通讯作者:
    Chen Caiyong

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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
    王恬

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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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