具有催化功能的非编码RNA的结构与作用机制研究
结题报告
批准号:
91640104
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
80.0 万元
负责人:
任艾明
依托单位:
学科分类:
C0503.细胞感应与环境生物物理
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴红、张晔、段晋源、郑路倩、黄凯怡
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中文摘要
核酶是一类重要的具有催化功能的非编码RNA分子。对核酶的研究有助于发现新的非编码RNA分子、探索非编码RNA分子新的功能。小的自身剪切类核酶(50到150个碱基)发现于30多年前,至今仅发现九类,每类核酶均具有不同的结构和独特的催化中心。其中最近同时被热点报道的三类新型核酶twister-sister,pistol和hachet由于缺少全面的三维结构信息而无法作进一步的研究和探讨。仅含有四类核苷酸碱基的RNA分子是如何折叠形成不同的三维结构?如何促进酶切反应的进行?哪些核苷酸碱基起着关键作用?有没有Mg2+或其他小分子参与到反应中? 这些核酶具有什么样的生物功能,又具有哪些应用前景?它们在生命的起源和进化中有什么作用?本项目中申请人将通过x-射线晶体学的方法以及相关的功能实验研究几类新型核酶的结构与催化机制;在此基础上,还将对其生物功能、潜在的应用前景以及它们在起源和进化上的作用进行探讨。
英文摘要
Ribozymes are non-coding RNA molecules, which can specifically catalyze the chemical or bio-chemical reactions. Studies of the structural and catalytic mechanism of these ribozymes will help to discover new non-coding RNA molecules and new function of non-coding RNA molecules. Small self-cleaving ribozymes were discovered more than 30 years ago, only nine families were discovered until now. Each family has its distinct structure and unique catalytic center. Three new small genome self-cleaving ribozymes including twister-sister, pistol and hachet were identified recently at the same time and reported as a hotspot in ribozyme field. But the research on the catalytic mechanism was hindered by the lack of their structural information. So how does the RNA molecules containing only 4 nucleotides fold into the stable three-dimension structure? How does the structure catalyze the cleavage reaction? Which nucleotides play the key roles in cleavage reaction? Is there any Mg2+ or small molecule involved in the reaction? And what’s the potential application of the new ribozymes? What’s the relationship of these ribozymes in the origin and evolution of biological world? What are their important biological functions and the potential application? To answer these questions, we will launch a comprehensive study of the structure and catalytic mechanism of these ribozymes using x-ray crystallography method and the related functional study methods.
核酶是具有催化功能的非编码RNA分子,参与很多重要的细胞活动。小的自剪切型核酶(small self-cleaving ribozyme)发现于30多年前,长度在50到150 个碱基之间,至今只有九种该类核酶被报道。在国家自然科学基金委员会重大研究计划培育项目《具有催化功能的非编码RNA的结构与作用机制研究》的资助下,申请人课题组对2015年耶鲁大学的Breaker教授课题组报道的三类新型自剪切型核酶——Pistol, Twister-sister和 hatchet核酶分别进行了结构与作用机制研究。利用X-射线晶体学的方法,申请人课题组分别解析了Pistol核酶催化前体,Twister-sister核酶催化前体以及Hatchet核酶催化产物的三维结构;结合相关的分子生物学、酶学等实验;探讨了它们的催化过程,鉴定了影响催化过程的关键碱基,并对它们的催化机制进行了深入的探讨。我们的研究为开发核酶在生物学、医学、药学等方面的潜在应用提供了重要的理论基础;也为“RNA世界学说”提供更有力的证据和支持。
期刊论文列表
专著列表
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会议论文列表
专利列表
Strategies for understanding RNA recognition by X-ray crystallography and NMR methods
通过 X 射线晶体学和 NMR 方法了解 RNA 识别的策略
DOI:10.1016/bs.mie.2019.05.024
发表时间:2019
期刊:Methods in Enzymology
影响因子:--
作者:Sun Aiai;Huang Kaiyi;Zheng Luqian;Ren Aiming
通讯作者:Ren Aiming
Structure-based insights into self-cleavage by a four-way junctional twister-sister ribozyme.
基于结构的四路连接扭转姐妹核酶自裂解的见解
DOI:10.1038/s41467-017-01276-y
发表时间:2017-10-30
期刊:Nature communications
影响因子:16.6
作者:Zheng L;Mairhofer E;Teplova M;Zhang Y;Ma J;Patel DJ;Micura R;Ren A
通讯作者:Ren A
Structure-based mechanistic insights into catalysis by small self-cleaving ribozymes.
基于结构的小型自裂解核酶催化机制的见解
DOI:10.1016/j.cbpa.2017.09.017
发表时间:2017-12
期刊:Current opinion in chemical biology
影响因子:7.8
作者:Ren A;Micura R;Patel DJ
通讯作者:Patel DJ
Atom-Specific Mutagenesis Reveals Structural and Catalytic Roles for an Active-Site Adenosine and Hydrated Mg2+ in Pistol Ribozymes
原子特异性诱变揭示了手枪核酶中活性位点腺苷和水合 Mg(2) 的结构和催化作用
DOI:10.1002/anie.201708679
发表时间:2017-12-11
期刊:ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION
影响因子:16.6
作者:Neuner, Sandro;Falschlunger, Christoph;Micura, Ronald
通讯作者:Micura, Ronald
Hatchet ribozyme structure and implications for cleavage mechanism
Hatchet核酶结构及其对裂解机制的影响
DOI:10.1073/pnas.1902413116
发表时间:2019
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
影响因子:11.1
作者:Zheng Luqian;Falschlunger Christoph;Huang Kaiyi;Mairhofer Elisabeth;Yuan Shuguang;Wang Juncheng;Patel Dinshaw J;Micura Ronald;Ren Aiming
通讯作者:Ren Aiming
功能核酸分子——荧光RNA适配体的作用机制与设计原理
  • 批准号:
    D25C050007
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    任艾明
  • 依托单位:
非编码RNA分子结构与功能研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    优秀青年科学基金项目
  • 资助金额:
    120万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    任艾明
  • 依托单位:
关于新型核开关SAM-VI的结构与作用机制研究
  • 批准号:
    31870810
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    任艾明
  • 依托单位:
非编码RNA分子的化学生物学与结构生物学研究
  • 批准号:
    LR19C050003
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    任艾明
  • 依托单位:
新型自剪切类核酶Pistol的结构与催化机制研究
  • 批准号:
    31670826
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    任艾明
  • 依托单位:
国内基金
海外基金