维生素K2合成关键酶的结构解析与基于结构的抑制剂设计

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31400053
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0102.微生物生理与生化
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

With the increasingly urgent problem of bacterial drug resistance, search novel antibiotic target and develop corresponding inhibitor are the hot issues in drug development field. The menaquinone biosynthetic pathway is essential for bacteria survival. However, it is not available in human being. Thus, this pathway can be regarded as a target for antibiotics. This project set the key enzyme MenE in menaquinone biosynthetic pathway of Mycobacterium tuberculosis and Staphylococcus aureus as a research object. Combing previous enzyme over-expression and purification study, we plan to obtain both the “OPEN” and “CLOSE” form crystal structures of MenE by means of protein crystallization, synchrotron radiation, structure determination and refinement. Based on the solved structure, we will use computer assistant screening method such as database search, molecular docking, free Gibbs energy calculation to screen inhibitors which can inhibit each or both “OPEN” and “CLOSE” forms of MenE. Moreover, the substrate competitive inhibition experiment will be established to investigate the actual inhibition effects targeting MenE and pathogenic bacteria. Finally , we will introduce molecular dynamic simulation to disclose the inhibition mechanism. This work will lay the theoretical foundation for novel antibiotic development.
随着细菌耐药性问题的日益突出,寻找新的药物作用靶标并进行抑制剂设计是药物研发领域关注的热点。维生素K2合成途径是细菌存活所必需的,而人体内并不存在该途径,因此可以作为抗生素研发的靶标。本课题以结核分枝杆菌、金黄色葡萄球菌等重要病原微生物中维生素K2合成途径的关键酶MenE作为研究对象,结合前期的MenE高效表达和酶纯化基础,拟通过蛋白质晶体筛选与优化培养、同步辐射衍射、晶体结构解析与精修等方法首次获得MenE“OPEN”和“CLOSE”两种构象的高分辨率三维结构。基于结构进行以数据库搜索、分子对接、吉布斯自由能计算为手段的计算机辅助筛选,获得分别或同时作用于这两种构象的小分子酶抑制剂,进一步设计底物竞争性抑制实验,考察抑制剂对MenE活性以及病原菌生长的实际抑制效果,利用分子动力学模拟进一步揭示抑制机理,为该类新型抗生素的研发奠定理论基础。

结项摘要

维生素K2合成途径是细菌存活所必需的,而人体内并不存在该途径,因此可以作为新型抗生素研发的靶标,本课题以此为思路研究了枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis合成途径中关键酶BsMenE的晶体结构。在本研究中,BsMenE的母体结构(apo form)被解析出来,分辨率1.98埃;BsMenE与ATP、AMP、OSB-AMP等小分子的复合物晶体结构也被解析出来,分辨率为2.60~2.82埃。通过分析这些结构,找到了影响BsMenE催化反应的关键残基,包括T152, G154, T155, T156, G157, H196, R382等,对这些残基进行了定点突变研究,掌握了它们对催化过程的影响规律。以上成果符合预期要求,所获得的实验数据和发表的论文专利将为本领域的深入研究提供技术借鉴。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Efficient production of lactulose from whey powder by cellobiose 2-epimerase in an enzymatic membrane reactor
在酶膜反应器中通过纤维二糖 2-差向异构酶从乳清粉高效生产乳果糖
  • DOI:
    10.1016/j.biortech.2017.02.089
  • 发表时间:
    2017-06-01
  • 期刊:
    BIORESOURCE TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Wu, Lingtian;Xu, Cen;Xu, Zheng
  • 通讯作者:
    Xu, Zheng
L-Ribose isomerase and mannose-6-phosphate isomerase: properties and applications for L-ribose production
L-核糖异构酶和 6-磷酸甘露糖异构酶:L-核糖生产的特性和应用
  • DOI:
    10.1007/s00253-016-7834-8
  • 发表时间:
    2016-11-01
  • 期刊:
    APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Xu, Zheng;Sha, Yuanyuan;Xu, Hong
  • 通讯作者:
    Xu, Hong
Efficient Production of γ-GABA Using Recombinant E. coli Expressing Glutamate Decarboxylase (GAD) Derived from Eukaryote Saccharomyces cerevisiae
使用表达来自真核生物酿酒酵母的谷氨酸脱羧酶 (GAD) 的重组大肠杆菌高效生产 γ-GABA
  • DOI:
    10.1007/s12010-017-2506-4
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    Appl Biochem Biotechnol
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qiang Xiong;Zheng Xu;Lu Xu;Zhong Yao;Sha Li;Hong Xu
  • 通讯作者:
    Hong Xu
A new L-arabinose isomerase with copper ion tolerance is suitable for creating protein-inorganic hybrid nanoflowers with enhanced enzyme activity and stability
一种具有铜离子耐受性的新型L-阿拉伯糖异构酶适用于创建具有增强的酶活性和稳定性的蛋白质-无机杂化纳米花
  • DOI:
    10.1039/c5ra27035a
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    RSC Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Zheng Xu;Rui Wang;Chao Liu;Bo Chi;Jian Gao;Beining Chen;Hong Xu
  • 通讯作者:
    Hong Xu
Construction and co-expression of polycistronic plasmids encoding thermophilic L-arabinose isomerase and hyperthermophilic β-galactosidase for single-step production of D-tagatose
编码嗜热 L-阿拉伯糖异构酶和超嗜热 β-半乳糖苷酶的多顺反子质粒的构建和共表达,用于一步生产 D-塔格糖
  • DOI:
    10.1016/j.bej.2015.12.015
  • 发表时间:
    2016-05-15
  • 期刊:
    BIOCHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Xu, Zheng;Xu, Zhaoxian;Xu, Hong
  • 通讯作者:
    Xu, Hong

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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 通讯作者:
    贾鑫明

其他文献

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非典型性NRPS合成系统―聚赖氨酸合成酶的产物组装与释放机制研究
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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

        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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