RNA三级复杂结构中离子特异性结合的研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11374234
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    76.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2012.液态、准晶与非晶态物理
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

RNAs are highly charged polyanionic biomolecules, and metal ion binding is critical for RNA folding into compact and active 3-dimensional structures, especially multivalent ions such as Mg2+. There are two ways for ion binding to RNAs: one is the diffusive binding, i.e., the majority of ions would keep hydrated and are territorially bound in the vicinity of RNAs; the other is the specific binding, i.e., a very small amount of ions can become dehydrated and binding to certain specific sites in RNAs. Recent experiments showed that the ion specific binding may be essential for the folding into specific 3-dimensional structure, the structure stability and the functions of RNAs. Due to the complex interface effect between RNA and solvent and the strong correlations between multivalent ions, the understanding and predictions on the roles of specific ion binding in RNA folding is still in the initial stage. In this project, taking into account the ion dehydrated/specific binding effects, we will extend our tightly bound ion model developed previously for treating ion diffusive binding to nucleic acids. With the use of the extended tightly bound ion model, Monte Carlo and all-atom molecular dynamics methods, we will investigate the roles of ion specific binding in RNA tertiary folding, by predicting binding sites and binding thermodynamics, and the effects of structural flexibility and ion concentrations. Our predictions will be compared with the available experiments, and then will reveal the specific role of ion specific binding in RNA tertiary folding. This project would enable the comprehensive understanding on the role and mechanism of ion specific binding in RNA tertiary structure folding.
RNA带有高密度负电荷,金属离子对其形成紧凑的三级功能结构有重要影响,特别是高价Mg2+。离子作用方式主要有两种:一是游离凝聚,大量离子会保持水合相对松散的凝聚在RNA附近;二是特异性结合,少数离子会脱水结合在RNA的特定部位。近来实验表明,离子特异性结合可能对RNA折叠为特定的三级空间结构及其稳定性和功能有着本质贡献。由于RNA-水复杂的界面性质和高价离子间的强关联作用,关于离子特异性结合效应的理解和预测还较肤浅。本项目中,我们将拓展我们提出的处理核酸-离子游离凝聚的紧束缚离子模型来处理离子脱水结合,并将结合蒙特卡洛和全原子分子动力学等方法全面研究RNA三级结构中离子的特异性结合,包括预测离子结合位点和结合热力学以及其中的RNA柔性和离子浓度效应等,预测将与相关实验比较,进而揭示RNA三级折叠中离子特异性结合的作用。本项目将促进对RNA三级结构折叠中离子特异性结合效应及其机制的全面理解。

结项摘要

RNA是具有重要生物功能并具有复杂结构的生物大分子,由于RNA带有高密度的负电荷,离子结合对于RNA结构、热力学、柔性均至关重要。本项目围绕RNA-离子结合以及RNA结构折叠中的离子效应,进行了如下工作:(1)建立了考虑离子效应和温度效应的RNA结构预测模型,此模型有效的把结构预测以及热力学与其中的离子效应结合在一起,并成功预测的RNA结构包括各种发夹结构、双链结构、假结结构等三维结构、热力学及其中的离子效应;(2)利用全原子分子动力学和蒙特卡洛模拟,从微观层面探究了RNA折叠、DNA凝聚中离子媒介有效折叠驱动力以及多体相互作用;(3)导出了描述RNA周围离子分布的泊松-玻尔兹曼理论的适用范围的经验公式,并进一步提出了具有他人使用价值的模拟混合单价/双价离子-核酸系统分配离子的普适方法;(4)揭示了短链DNA螺旋具有高柔性及其中离子效应的微观机制,并从微观层面揭示了RNA螺旋和DNA螺旋柔性间显著区别的原因。项目已发表SCI论文13篇,包括一区、二区刊物论文9篇,并有后续成果投寄。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Understanding the Relative Flexibility of RNA and DNA Duplexes: Stretching and Twist-Stretch Coupling
了解 RNA 和 DNA 双链体的相对灵活性:拉伸和扭转拉伸偶联
  • DOI:
    10.1016/j.bpj.2017.02.022
  • 发表时间:
    2017-03-28
  • 期刊:
    BIOPHYSICAL JOURNAL
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Bao, Lei;Zhang, Xi;Tan, Zhi-Jie
  • 通讯作者:
    Tan, Zhi-Jie
Divalent Ion-Mediated DNA-DNA Interactions: A Comparative Study of Triplex and Duplex
二价离子介导的 DNA-DNA 相互作用:三链体和双链体的比较研究
  • DOI:
    10.1016/j.bpj.2017.06.021
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Biophysical Journal
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Zhong-Liang Zhang;Yuan-Yan Wu;Kun Xi;Jian-Ping Sang;Zhi-Jie Tan
  • 通讯作者:
    Zhi-Jie Tan
Multivalent ion-mediated nucleic acid helix-helix interactions: RNA versus DNA.
多价离子介导的核酸螺旋-螺旋相互作用:RNA 与 DNA
  • DOI:
    10.1093/nar/gkv570
  • 发表时间:
    2015-07-13
  • 期刊:
    Nucleic acids research
  • 影响因子:
    14.9
  • 作者:
    Wu YY;Zhang ZL;Zhang JS;Zhu XL;Tan ZJ
  • 通讯作者:
    Tan ZJ
Potential of mean force between oppositely charged nanoparticles: A comprehensive comparison between Poisson-Boltzmann theory and Monte Carlo simulations.
带相反电荷的纳米颗粒之间的平均力势:泊松玻尔兹曼理论与蒙特卡罗模拟的综合比较
  • DOI:
    10.1038/s41598-017-14636-x
  • 发表时间:
    2017-10-26
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zhang JS;Zhang X;Zhang ZL;Tan ZJ
  • 通讯作者:
    Tan ZJ
A coarse-grained model with implicit solvent for RNAs: predicting 3D structure, stability and salt effect
具有隐式 RNA 溶剂的粗粒度模型:预测 3D 结构、稳定性和盐效应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Journal of Chemical Physics
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Ya-Zhou Shi;Feng-Hua Wang;Yuan-Yan Wu;Zhi-Jie Tan
  • 通讯作者:
    Zhi-Jie Tan

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大分子拥挤下核酸单链的结构性质
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  • 通讯作者:
    邹宪武
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  • DOI:
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    --
  • 期刊:
    武汉大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谭志杰;邹宪武
  • 通讯作者:
    邹宪武

其他文献

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AI项目解读示例

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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