氨基酸-核苷手性互选与遗传密码起源关联性的基础研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    91856126
  • 项目类别：
    重大研究计划
  • 资助金额：
    75.0万
  • 负责人：
    赵玉芬
  • 依托单位：
    宁波大学
  • 学科分类：
    B0702.生物分子的化学生物学
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

It is a very important issue that why nature chose L-α-amino acid for protein backbone and D-nucleoside for Nucleic Acid. This single Chirality selection phenomena is still an unsolved enigma. Since the genetic code is the basic connection between the nucleic acid and protein synthesis, this puzzle might be analyzed through the study on origin of genetic code and its relationship to the chirality selection. In this proposal, a chemical model will be investigated systematically, through the reaction of L/D amino acid with L/D nucleoside as activated by trimetaphosphate (P3m). The modern analytical instrument CD, 31P-NMR, LC-MS will be used to trace and trap the important intermediate (aa-N-NMP) and the final peptide products. Base on the experimental and theoretical results, the rule of the chiral selection of L-amino acid and D-nucleoside for the genetic code origin might be disclosed.
蛋白质和核酸是两类重要的生物大分子，蛋白质是由L-氨基酸组成的，而核酸是由D-核苷组成的, 这种氨基酸与核苷的手性选择的现象是科学上的未解之谜。在生命出现之前的化学进化初期，L-氨基酸和D-核苷的手性又是如何互选的？这一互选机制必然在遗传密码起源过程中发挥作用。在遗传密码和手性选择的早期阶段，化学进化应该占主导作用，且两者可能是协同进化的，然而这方面研究鲜有报道。本项目将以酰胺-核苷酸（aa-N-NMP）作为手性氨基酸和核苷互相选择与遗传密码起源的分子模型，利用CD、31P NMR、LC-MS及理论计算研究不同手性的氨基酸与核苷反应，形成不同镜像异构体aa-N-NMPs的特点及其对形成寡肽的影响，系统研究氨基酸与核苷的手性互选与遗传密码起源的关系。同时也为生命起源于海底热液区提供实验的分子模型。

结项摘要

地球上的生命使用L-氨基酸（L-aa）来构建蛋白质，使用D-核苷（D-Nu）来形成核酸。本项目通过模拟Lost City 热液区的条件，以酰胺-核苷酸（Nucleotide amidate，N-aa-NMP）为化学模型，氨基酸、核苷和三偏磷酸钠（Trimetaphosphate，P3m）为原料进行反应，通过核磁共振（NMR）检测N-aa-NMP，从生命化学起源的角度揭示了L-aa和D-Nu手性选择的内在机理。这项工作采用了15N标记的L-aa，将D-/L-Nu、P3m与等量的L-15N-aa和D-14N-aa进行一锅法反应，分别生成L-15N-aa-NMP和D-14N-aa-NMP。L-15N-aa-NMP的31P-NMR信号由于15N的耦合裂分为双重峰，D-14N-aa-NMP的31P-NMR信号为单峰。31P-NMR数据表明，在D-Nu存在下，L-aa被优先选择形成N-aa-NMP；在L-Nu的存在下，则D-aa更易形成N-aa-NMP。该研究从分子层面揭示了地球生命手性现象，也暗示着宇宙中可能存在一个与地球相反手性系统的镜像生命。. 另外，我们发现在没有核苷存在条件下，P3m可以使脯氨酸自身形成环二肽，且脯氨酸能与其他氨基酸形成含脯氨酸的环二肽，形成该类环二肽过程中，氨基酸的手性具有一定选择性，即在L-Pro存在下，D-aa更易被选择；而在D-Pro存在下，L-aa则更易用于环二肽的生成。该研究揭示了在前生源合成环二肽过程中，可以对手性氨基酸发挥一定的选择偏好性。

项目成果

期刊论文数量（18）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
Protein arginine phosphorylation in organisms
生物体中蛋白质精氨酸磷酸化
  • DOI：
    10.1016/j.ijbiomac.2021.01.015
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    International Journal of Biological Macromolecules
  • 影响因子：
    8.2
  • 作者：
    Huang Biling;Zhao Zhixing;Zhao Yufen;Huang Shaohua
  • 通讯作者：
    Huang Shaohua
Trimetaphosphate-induced chiral selection between amino acid and nucleoside using 15N-31P coupling NMR
使用 15N-31P 耦合 NMR 进行三偏磷酸诱导的氨基酸和核苷之间的手性选择
  • DOI：
    10.1016/j.cclet.2021.07.031
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Chinese Chemical Letters
  • 影响因子：
    9.1
  • 作者：
    Jianxi Ying;Ruiwen Ding;Yumeng Zhang;Bowen Han;Yeting Guo;Ning Wang;D;an Guo;Yile Wu;Junwei Huang;Yan Liu;Feng Ni;Shaohua Huang;Yufen Zhao
  • 通讯作者：
    Yufen Zhao
The Regioselective Functionalization Reaction of Unprotected Carbazoles with Donor-Acceptor Cyclopropanes
未保护的咔唑与供体-受体环丙烷的区域选择性官能化反应
  • DOI：
    10.1021/acs.joc.1c00494
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Journal of Organic Chemistry
  • 影响因子：
    3.6
  • 作者：
    Zhao Hua;Shen Peng;Sun Dongru;Zhai Hongbin;Zhao Yufen
  • 通讯作者：
    Zhao Yufen
NMR-based investigation into protein phosphorylation
基于 NMR 的蛋白质磷酸化研究
  • DOI：
    10.1016/j.ijbiomac.2019.12.171
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    International Journal of Biological Macromolecules
  • 影响因子：
    8.2
  • 作者：
    Huang Biling;Liu Yan;Yao Hongwei;Zhao Yufen
  • 通讯作者：
    Zhao Yufen
Prebiotic Chemistry in Aqueous Environment:A Review of Peptide Synthesis and Its Relationship with Genetic Code
水环境中的生命起源化学：肽合成及其与遗传密码关系的综述
  • DOI：
    10.1002/cjoc.202100120
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Chinese Journal of Chemistry
  • 影响因子：
    5.4
  • 作者：
    Jianxi Ying;Ruiwen Ding;Yan Liu;Yufen Zhao
  • 通讯作者：
    Yufen Zhao

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  • 作者：
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    廖新成

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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]
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          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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