人α-防御素-1(HNP-1)抗菌新机制的定量蛋白质组学研究

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项目摘要

The widespread use and abuse of the antibiotics led to treatment failure for the infection, which had developed resistance to those commercially available drugs. Antibiotic resistance has become a serious problem for public health worldwide. α-defensin-1, also termed as the human neutrophil protein 1 (HNP -1), has a wide range of antibacterial spectrum and strong antibacterial activity, may become a new generation of antibiotics. However it hs been extremely difficult so far to directly express the mature and active form in recombinant Escherichia coli strains because of its toxicity to the host cells. This is also impeding the in-depth research on antimicrobial mechanisms. Most of the investigators believed that the low expression of α-defensin-1 was resulted from the bactericidal effect of the precursor of HNP-1, i.e. pre-pro-HNP-1. The significant efforts has been put on the optimizing of expression vectors and fusion expression of HNP-1 to diminish the bactericidal activity against the host, but the effect was limited. We found that the mature HNP-1 can be directly and efficiently expressed in recombinant Escherichia coli strain XPX-1 carrying pre-pro-HNP-1 gene. More importantly, the expressed endogenous mature HNP-1 could kill the host more efficiently compared with the same amount of exogenous ones by inducing apoptosis, which is different with the previous hypothesis of cell lysis through hole punch of HNP-1 on the cell membrane. To further understand the mechanism of HNP-1 on the new phenomemom of bactericidal effect, we proposed the SILAC based deep coverage quantitative proteomics established in the lab to compare the XPX-1 proteome samples with or without IPTG inducing for endogenous mature HNP-1. To identify the potential target of mature HNP-1, we planed to investigate the immunoprecipitated samples from IPTG induced XPX-1 and its control as well as the samples collected at different time points after inducing. The novel targets and mechanism of bactericide of mature HNP-1 reveals here may not only support new drugs for resistence bacteria but also shed light on the improvement of production for mature HNP-1 with recombinant Escherichia coli in the near future.
抗生素耐药已成为危害全球公共卫生的严重问题。人α-防御素-1(HNP-1)是人中性粒细胞的主要防御素分子,抗菌谱广,抗菌活性高,但由于其内源表达和大量获得难,阻碍了抗菌机制的基础研究和应用开发。我们发现重组表达pre-pro-HNP-1的大肠杆菌可直接有效可溶表达具抗菌活性的成熟HNP-1,且通过引发宿主细胞凋亡实现抗菌作用,活性显著高于相同剂量外源HNP-1,修正了其主要通过正电荷穿膜导致细胞内容物渗漏杀菌的假说。本申请旨在利用大肠杆菌SILAC完全标记专利技术和正反标策略、深度覆盖精准定量蛋白质组技术、高分辨精准相互作用蛋白质组技术和时间序列相互作用蛋白质组设计,鉴定成熟HNP-1的底物群和受累信号通路,揭示成熟HNP-1的可能新靶点和新抗菌机制,探索其抗耐药菌的可能性和直接高效表达的新途径,为抗耐药菌抗生素的研发和HNP-1物种进化研究提供原始创新性成果和数据支撑。

结项摘要

抗生素耐药已成为危害全球公共卫生的严重问题。人α-防御素-1(HNP-1)是人中性粒细胞的主要防御素分子,具有抗菌谱广、抗菌活性高的优点,但由于其内源表达和大量获得难,阻碍了抗菌机制的基础研究和应用开发。我们发现重组表达pre-pro-HNP-1的大肠杆菌可直接有效可溶表达生成具抗菌有生物学活性的可溶性成熟HNP-1;内源生成的成熟HNP-1通过引发宿主细胞凋亡实现抗菌作用,活性显著高于相同剂量外源HNP-1,修正了其主要通过正电荷穿膜导致细胞内容物渗漏杀菌的假说。本申请旨在利用自主知识产权非营养缺陷型大肠杆菌SILAC蛋白质组完全标记专利技术、SILAC和正反标策略、深度覆盖精准定量蛋白质组技术、高分辨精准相互作用蛋白质组技术和时间序列相互作用蛋白质组设计,鉴定成熟HNP-1的底物蛋白群和受累信号通路,揭示成熟HNP-1的可能新靶点和新抗菌机制,探索其抗耐药菌的可能性及其分子机制,并尝试和直接高效表达成熟HNP-1的新途径,为抗耐药菌抗生素的研发和HNP-1物种进化研究提供原始创新性成果和数据支撑。

项目成果

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Anemarrhena asphodeloides modulates gut microbiota and restores pancreatic function in diabetic rats.
知母可调节糖尿病大鼠的肠道微生物群并恢复胰腺功能。
  • DOI:
    10.1016/j.biopha.2020.110954
  • 发表时间:
    2021-01
  • 期刊:
    Biomedicine & pharmacotherapy = Biomedecine & pharmacotherapie
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Dong Yan;Peng-Cheng Fan;Wenlong Sun;Qianzhi Ding;Wei Zheng;Weidi Xiao;Bowei Zhang;Tao Zhang;Jiahui Shi;Xiaojuan Chen;Peiru Chen;Jie Zhang;Ying Hao;Xinguang Sun;Xu Pang;Yuesheng Dong;Ping Xu;Li-Yan Yu;Baiping Ma
  • 通讯作者:
    Baiping Ma
Recombinant HNP-1 Produced by Escherichia coli Triggers Bacterial Apoptosis and Exhibits Antibacterial Activity against Drug-Resistant Bacteria.
大肠杆菌产生的重组 HNP-1 触发细菌凋亡并对耐药细菌表现出抗菌活性
  • DOI:
    10.1128/spectrum.00860-21
  • 发表时间:
    2022-02-23
  • 期刊:
    Microbiology spectrum
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Xie Q;Wang Y;Zhang M;Wu S;Wei W;Xiao W;Wang Y;Zhao J;Liu N;Jin Y;Wu J;Xu P
  • 通讯作者:
    Xu P
Mass-Spectrometry-Based Near-Complete Draft of the Saccharomyces cerevisiae Proteome
基于质谱的酿酒酵母蛋白质组近乎完整的草案
  • DOI:
    10.1021/acs.jproteome.0c00721
  • 发表时间:
    2021-01-14
  • 期刊:
    JOURNAL OF PROTEOME RESEARCH
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Gao, Yuan;Ping, Lingyan;Xu, Ping
  • 通讯作者:
    Xu, Ping
Precision De Novo Peptide Sequencing Using Mirror Proteases of Ac-LysargiNase and Trypsin for Large-scale Proteomics.
使用 Ac-LysargiNase 和胰蛋白酶的镜像蛋白酶进行大规模蛋白质组学的精密从头肽测序
  • DOI:
    10.1074/mcp.tir118.000918
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Molecular & Cellular Proteomics
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Yang Hao;Li Yan-Chang;Zhao Ming-Zhi;Wu Fei-Lin;Wang Xi;Xiao Wei-Di;Wang Yi-Hao;Zhang Jun-Ling;Wang Fu-Qiang;Xu Feng;Zeng Wen-Feng;Overall Christopher M;He Si-Min;Chi Hao;Xu Ping
  • 通讯作者:
    Xu Ping
Proteomics Links Ubiquitin Chain Topology Change to Transcription Factor Activation.
蛋白质组学将泛素链拓扑变化与转录因子激活联系起来。
  • DOI:
    10.1016/j.molcel.2019.07.001
  • 发表时间:
    2019-10-03
  • 期刊:
    Molecular cell
  • 影响因子:
    16
  • 作者:
    Li Y;Dammer EB;Gao Y;Lan Q;Villamil MA;Duong DM;Zhang C;Ping L;Lauinger L;Flick K;Xu Z;Wei W;Xing X;Chang L;Jin J;Hong X;Zhu Y;Wu J;Deng Z;He F;Kaiser P;Xu P
  • 通讯作者:
    Xu P

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其他文献

基于蛋白质基因组学发现的新编码序列在疾病中的研究进展
  • DOI:
    10.13376/j.cbls/2021025
  • 发表时间:
    2021
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  • 作者:
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐平;李小春;方志明;王小明
  • 通讯作者:
    王小明

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微量肝癌组织肿瘤新抗原高效稳定深度覆盖鉴定技术研究
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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

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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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