黄酮8-O-甲基转移酶功能解析与催化机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31901026
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C2102.合成生物学与生物改造技术
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Methyltransferases play vital roles in the metabolic pathways of plants and animals. The biological activity of flavonoids could be greatly improved after the active hydroxyl being methylated. Among the plant flavonoid O-methyltransferases that has been reported, most of their substrates are 4′-hydroxyl flavonoids, and the catalytic sites are concentrated in the 3′-, 3′/5′-, 4′- or 7- of the substrates. The flavonoid O-methyltransferase which specifically catalyzes the methylation of 8-hydroxyl in 4′-deoxyflavanone has not been reported yet. In this study, through transcriptome analysis of Scutellaria baicalensis and Scutellaria barbata, flavonoid 8-O-methyltransferase (F8OMT), a key enzyme for the biosynthesis of anti-tumor drug wogonin, will be explored combined with biosynthetic technology. The catalytic mechanism of flavonoid substrate binding domain and the conformational change mechanism of F8OMT will be further explored through homologous modeling, molecular docking and kinetic simulation, and higher catalytic activity mutant will be obtained through semi-rational design. Then, the biosynthesis pathway of wogonin will be reassembled in Saccharomyces cerevisiae and realizes the de novo biosynthesis of wogonin in microbe for the first time. Through this study, the regioselectivity and functional evolution mechanism of flavonoid O-methyltransferase will be elucidated more comprehensively, and also provides important significance for the synthetic biology research of methylated natural products.
甲基转移酶在动植物代谢途径中都起着非常关键的催化作用。黄酮类化合物的活泼羟基经过甲基化修饰后,其生物活性有很大程度的提高。在已发现的植物黄酮O-甲基转移酶中,大多数催化底物是4′位羟基化的黄酮类化合物,且催化位置集中在其3′、3′/5′、4′以及7位。特异性催化4′-脱氧黄酮的8位羟基进行甲基化反应的黄酮O-甲基转移酶尚未见报道。本项目将通过对黄芩和半枝莲进行转录组分析,结合合成生物学技术挖掘抗肿瘤药物汉黄芩素合成关键酶黄酮8-O-甲基转移酶(F8OMT);通过同源建模、分子对接和动力学模拟深入探究其黄酮底物结合域的催化机理和酶构象改变机制,并通过半理性设计获得高催化活性的突变体;在酿酒酵母体内重构汉黄芩素的生物合成途径,将首次实现汉黄芩素的微生物从头合成。本研究将有助于更全面地阐明黄酮-O-甲基转移酶的区域选择性反应机制和功能进化机制,也对甲基化天然产物的合成生物学研究具有重要意义。

结项摘要

甲基转移酶在动植物代谢过程中起着非常关键的催化作用。黄酮类化合物的活泼羟基经过甲基化修饰后,可以很大程度提高其生物活性和药用价值。汉黄芩素是一种8位甲基化的4′-脱氧黄酮类化合物,其抗肿瘤活性显著。本项目通过对黄芩和半枝莲进行转录组分析,结合合成生物学技术分析挖掘到汉黄芩素合成的关键酶黄酮8-O-甲基转移酶(F8OMT);通过在酿酒酵母体内重构汉黄芩素的生物合成途径,首次实现汉黄芩素的微生物从头合成;通过对黄酮-O-甲基转移酶进行同源建模、分子对接和结构解析完成其催化机理研究;此外,通过多物种筛选和半理性设计获得高活性的黄酮-O-甲基转移酶突变体,实现多种甲基化黄酮的微生物异源合成。本研究将有助于更全面地阐明黄酮-O-甲基转移酶的区域选择性反应机制和功能进化机制,也对甲基化天然产物的合成生物学研究具有重要意义。

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(2)
De Novo Biosynthesis of Multiple Pinocembrin Derivatives in Saccharomyces cerevisiae
酿酒酵母中多种松香素衍生物的从头生物合成
  • DOI:
    10.1021/acssynbio.0c00289
  • 发表时间:
    2020-11-20
  • 期刊:
    ACS SYNTHETIC BIOLOGY
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Liu, Xiaonan;Cheng, Jian;Ma, Yanhe
  • 通讯作者:
    Ma, Yanhe
Synthetic biology of plant natural products: From pathway elucidation to engineered biosynthesis in plant cells.
植物天然产物的合成生物学:从植物细胞中的途径阐明到工程生物合成
  • DOI:
    10.1016/j.xplc.2021.100229
  • 发表时间:
    2021-09-13
  • 期刊:
    Plant communications
  • 影响因子:
    10.5
  • 作者:
    Zhu X;Liu X;Liu T;Wang Y;Ahmed N;Li Z;Jiang H
  • 通讯作者:
    Jiang H
De Novo Biosynthesis of Polydatin in Saccharomyces cerevisiae
酿酒酵母中虎杖甙的从头生物合成
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.1c01557
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Agricultural and Food Chemistry
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Liu Tian;Liu Yuqian;Li Lan;Liu Xiaonan;Guo Zhaokuan;Cheng Jian;Zhu Xiaoxi;Lu Lina;Zhang Junlin;Fan Guanwei;Xie Nengzhong;Lu Jian;Jiang Huifeng
  • 通讯作者:
    Jiang Huifeng
Discovery and modification of cytochrome P450 for plant natural products biosynthesis
用于植物天然产物生物合成的细胞色素P450的发现和修饰
  • DOI:
    10.1016/j.synbio.2020.06.008
  • 发表时间:
    2020-09-01
  • 期刊:
    SYNTHETIC AND SYSTEMS BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Liu, Xiaonan;Zhu, Xiaoxi;Jiang, Huifeng
  • 通讯作者:
    Jiang, Huifeng

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  • 通讯作者:
    金月新

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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]
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          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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