蜘蛛捕获丝蛋白质成丝机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31570721
  • 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:
    C0504.物理生物学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Spider capture silk is known for its outstanding strength and elasticity, resistance to radiation and heat, fatigue resistance, and superior biocompatibility. Spider capture silk is therefore considered as a strategic resource to be developed urgently, for many potential applications in high-technology fields including military, aerospace and biomedical areas. In our previous work, we have produced the first complete gene sequence of spider capture silk protein, namely the minor ampullate silk protein (MiSp). We have also produced structures of the N terminal, C-terminal domain and non-repetitive Spacer domain of MiSp. In this proposed project, we continue to study the structures change under different physiological and biochemical conditions, how these domains interact with each other, and how they affect the spider silk protein assemblage and silk formation process. Additionally, this project will study the relationship between MiSp repetitive domains and the mechanical properties of silks spun from recombinant MiSp proteins. A mechanism model of spider silk formation will then be established for optimizing the preparation of biomimetic silk fibers with native silk-like performances. Research works in this project can be basis for the production of biomimetic native spider silk-like artificial fibers, and they can also be very helpful for high-performance manmade spider silk industrialization and biomedical applications.
蜘蛛捕获丝具有强度高、弹性大、抗辐射、耐热、耐疲劳、生物相容性好等特性,是一种优质的、难得的天然生物材料,在军工、航空航天以及生物医学工程领域有着巨大的潜在应用价值,是一种亟待开发的战略资源。项目在本课题组已经筛选鉴定的国内外首条大腹园蛛捕获丝蛋白(MiSp)全长序列,和已经解析出MiSp蛋白NT、CT以及Spacer非重复模块的高级结构的基础上,从分子水平上研究NT、CT、Spacer以及重复区功能模块在不同生理和化学条件下的结构变化、相互作用以及对丝蛋白组装、聚集和成丝性能的影响,破解蜘蛛捕获丝蛋白成丝机理,揭示MiSp丝蛋白重复区模块与成丝性能的关系,建立蜘蛛捕获丝蛋白成丝机理模型。研究成果将为制备与天然蛛丝性能相媲美的人造蜘蛛捕获丝奠定理论基础,为高品质重组蛛丝纤维的产业化提供科学依据,为人类创伤修复和治疗开辟新的优质可靠生物资源。

结项摘要

项目表达了多种重组蛛丝蛋白,最高产量可达238mg/L,大多数表达的重组蛛丝蛋白可溶;CD光谱分析多种重组蛛丝蛋白的二级结构显示,在蛋白溶液pH由7.0降至5.5的过程中,α-螺旋结构的含量逐渐降低,β-折叠结构含量逐渐上升,重组蛛丝蛋白NT模块的二聚化和CT模块结构的转变促进了Rep模块的结构转变;α-螺旋结构的含量随重复模块数量的增加略有上升,β-折叠结构含量随重复模块数量增加略有下降;多种重组蛛丝蛋白均可在低浓度通过手工牵拉的方式形成丝纤维,添加NT和CT模块后,只需一个重复区单元即可成丝,所成的丝纤维表面光滑,且无明显褶皱或刻痕;重复模块数量增加,拉伸强度(Stress at break)、伸长量(Strain at break)、杨氏模量(Modulus)和韧性(Toughness)等材料学性能指标都在逐渐上升,揭示NT和CT有助于改善重组蛛丝蛋白纤维的表面形态和材料学性能;高浓度的重组蜘蛛丝蛋白可以通过湿纺纺成丝纤维,丝纤维的材料学性能随重复模块数量的增加,呈现出增加的趋势;高浓度重组蜘蛛丝蛋白溶液可获得光滑的蛋白膜;通过静电纺技术可将不同组合重组蜘蛛丝蛋白质制备成小血管和神经导管支架,并进行了表征。在项目资助下,已经在国际期刊发表论文16篇,国内核心期刊发表5篇,申请专利8个,培养博士生10名,培养硕士生4名。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Biomimetic spinning of artificial spider silk from a chimeric minispidroin
从嵌合小蜘蛛中仿生纺制人造蜘蛛丝
  • DOI:
    10.1038/nchembio.2269
  • 发表时间:
    2017-03-01
  • 期刊:
    NATURE CHEMICAL BIOLOGY
  • 影响因子:
    14.8
  • 作者:
    Andersson, Marlene;Jia, Qiupin;Rising, Anna
  • 通讯作者:
    Rising, Anna
Production and Properties of Triple Chimeric Spidroins
三重嵌合蜘蛛蛋白的制备及性能
  • DOI:
    10.1021/acs.biomac.8b00402
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Biomacromolecules
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Zhou Yizhong;Rising Anna;Johansson Jan;Meng Qing
  • 通讯作者:
    Meng Qing
Engineered Ssp DnaX inteins for protein splicing with flanking proline residues
工程化 Ssp DnaX 内含肽,用于与侧翼脯氨酸残基进行蛋白质拼接
  • DOI:
    10.1016/j.sjbs.2017.07.010
  • 发表时间:
    2017-07
  • 期刊:
    Saudi Journal of Biological Sciences
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Zhang Xiao;Liu Xiang Qin;Meng Qing
  • 通讯作者:
    Meng Qing
Mass spectrometry captures structural intermediates in protein fiber self-assembly.
质谱法捕获蛋白质纤维自组装中的结构中间体
  • DOI:
    10.1039/c7cc00307b
  • 发表时间:
    2017-03-16
  • 期刊:
    Chemical communications (Cambridge, England)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Landreh M;Andersson M;Marklund EG;Jia Q;Meng Q;Johansson J;Robinson CV;Rising A
  • 通讯作者:
    Rising A
Characterization of full-length tubuliform spidroin gene from Araneus ventricosus
腹腹蜘蛛全长管状蛛丝蛋白基因的表征
  • DOI:
    10.1016/j.ijbiomac.2017.07.086
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    International Journal of Biological Macromolecules
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Wen Rui;Liu Xiangqin;Meng Qing
  • 通讯作者:
    Meng Qing

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其他文献

细菌II组内含子(Group II intron)的转移机制
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    孟清
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    孟清
基于卡那霉素抗性建立研究1类内含子 结构与功能关系的系统
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  • 通讯作者:
    孟清

其他文献

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孟清的其他基金

新型断裂蛋白质内含子及其应用的研究
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  • 批准年份:
    2010
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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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