核磁共振研究胰岛素基因相连多态区的溶液结构及与胰岛素的相互作用

The insulin-linked polymorphic region (ILPR) is a variable number of tandem repeats region located upstream of the insulin gene. It is composed of tandem repeats of the G-rich consensus sequence, which can form G-quadruplex. Genetic and biochemical studies have revealed that ILPR is one of the loci important for genetic susceptibility to insulin-dependent diabetes mellitus (IDDM). Meanwhile, it is suggested that ILPR regulates insulin transcription by direct binding with insulin. However, no atomic resolution structure of ILPR has been reported thus far. It is urgent to investigate the recognition mechanism of interaction between insulin and ILPR. Here we will resolve the solution structure of ILPR core repeat by solution NMR spectroscopy. To further understand the interaction between insulin and ILPR, we will employ various biophysical and biochemistry methods, such as chemical shift perturbation, circular dichroism, isothermal titration calorimetry, electrophoretic mobility shift assay and DMS footprinting assay. The proposal focuses on the recognition mechanism of insulin with ILPR by solution NMR, in order to defining the key sequence of interaction and explaining the principle underling it. Better understanding of the insulin-ILPR interaction will shed lights on their biological roles in regulating insulin gene transcription.

胰岛素基因相连多态区（ILPR）是一段位于人源胰岛素基因上游的可变串联重复序列，其基本重复单元富含连续鸟嘌呤可形成G-四链体折叠结构。以往的遗传学和生化研究发现ILPR既是糖尿病的一个基因敏感区，又可能直接与胰岛素相互作用从而参与胰岛素自身调控胰岛素基因的转录。然而目前原子分辨率的ILPR溶液结构未知，其与胰岛素相互作用的具体分子机制也亟需深入研究。本项目将利用液体核磁共振技术解析ILPR核心重复单元形成的G-四链体溶液结构，并进一步利用化学位移扰动等液体核磁共振方法，综合圆二色谱、等温量热滴定、凝胶阻滞电泳、DMS足迹实验等生物化学和生物物理学方法开展ILPR与胰岛素相互作用的研究，旨在明确胰岛素与ILPR相互作用的关键残基及相互作用界面，并解释其相互作用的分子机制，为深入理解ILPR的生物功能、胰岛素自身调控胰岛素基因转录机制提供理论基础。

本项目是基于胰岛素基因相连多态区（ILPR）的溶液结构及其与胰岛素蛋白的相互作用等关键科学问题展开的。ILPR是一段位于人源胰岛素基因上游的可变串联重复序列，其基本重复单元富含连续鸟嘌呤，易形成典型的G-四链体折叠结构。但ILPR核心序列的溶液结构目前依然未知，其与胰岛素蛋白相互作用的分子机制亟需深入研究。我们利用液体核磁共振技术对ILPR核心序列展开了初步研究，并结合圆二色谱、凝胶阻滞实验等生物化学方法明确了ILPR核心序列和胰岛素的相互作用。虽然我们在研究中确定了与胰岛素蛋白结合的关键ILPR核心序列，但受限于目前样品等NMR谱图品质差，不适宜深入分析和解析其具体溶液结构，因而项目暂时推进缓滞。后续如能获得高品质的特别是定点型同位素标记样品将有望继续推进。但由于此样品合成技术方法不成熟、周期长、成本高等原因，我们需要投入更多人力物力和时间来保障项目顺利进行。此外，在基于ILPR核心序列的基础分析和大量筛选尝试下，我们触类旁通地发现了一类可以形成新型的非对称分子间V字形G-四链体结构的序列。我们成功解析了这类新型的G-四链体结构，接着在此新结构的启发下我们尝试开发了新型的依赖结构识别的短链探针识别方法，最后我们进一步将此方法扩展应用到人源端粒序列的识别中。这些重要结果也可以帮助我们深入了解本项目中ILPR核心序列的G-四链体结构，目前这些结果已撰写成文并发表在国际专业期刊Nucleic Acids Research上。

内容获取失败，请点击重试