线粒体tRNAThr及苏氨酰-tRNA合成酶基因突变导致线粒体脑肌病的机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31670801
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0505.蛋白质、多肽与酶生物化学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Mitochondrial translation apparatus regulates mitochondrial metabolism and various key cellular pathways. As core components of mitochondrial translation machinery, tRNA and aminoacyl-tRNA synthetases directly control mitochondrial functions and play a critical role. Clinical studies have established that 6 mutations in mitochondrial tRNAThr genes cause 5 human mitochondrial encephalomyopathies; meanwhile, a P282L mutation in mitochondrial threonyl-tRNA synthetase (ThrRS) leads to mitochondrial encephalomyopathy. However, the detailed pathogenic mechanism needs to be explored. This project will compare the interaction of native tRNAThr and its mutants with various proteins to study influence of these mutations on formation, maturation, modification, aminoacylation and affinity with elongation factor on mitochondrial tRNAThr; based on recent progress, study on the biological function of newly identified isoform of ThrRS, SV; the impact of the P282L mutation on the protein structure, its interaction with other proteins and enzymatic activities; try to resolve crystal structure of ThrRS-tRNAThr complex to further understand the interaction between eukaryotic/mitochondrial ThrRS and its cognate tRNA and the influence of the various disease-causing mutations on synthesis of Thr-tRNAThr. These studies will uncover the pathogenic mechanism of tRNAThr and ThrRS gene mutations and provide basis to diagnose and give treatment for the relative disorders.
线粒体翻译系统控制线粒体代谢与重大细胞生命活动。tRNA及氨基酰-tRNA合成酶是线粒体翻译机器的核心分子,直接决定线粒体正常功能的发挥,具有重要的生物学意义。临床研究确认,人线粒体tRNAThr基因6种突变造成5种疾病;线粒体苏氨酰-tRNA合成酶(ThrRS) P282L突变导致线粒体脑肌病。但致病机制尚不明确。本项目将从分子水平上比较线粒体tRNAThr及其突变体与相关蛋白质的相互作用,研究各突变对于tRNAThr生命周期中多步骤的影响;在前期研究基础上,阐释最新发现的ThrRS同源异形体SV的功能、P282L突变对蛋白质间相互作用及酶活力影响的机制;解析ThrRS-tRNAThr共晶结构,在原子水平上揭示真核类ThrRS识别底物的方式及突变点对形成Thr-tRNAThr的影响。这些研究将加深人们对tRNA和ThrRS基因突变导致线粒体疾病的机理认识、为该类疾病的诊治提供理论基础。

结项摘要

tRNA及氨基酰-tRNA合成酶(aaRS)是线粒体翻译机器的核心分子,直接决定线粒体正常功能的发挥,具有重要的生物学意义。人线粒体tRNAThr (hmtRNAThr)及苏氨酰-tRNA合成酶(ThrRS)突变导致多种人类疾病,但致病机制尚不清楚。在本面上项目资助下,我们系统揭示人线粒体tRNAThr致病点突变对于tRNA生命周期多个步骤,包括tRNA折叠、加工、成熟以及功能的影响;针对线粒体ThrRS的研究首次揭示亚硝基化修饰调控哺乳动物蛋白质合成的速度与精确性。此外,针对人翻译系统的若干tRNA相互作用蛋白质,获得了一系列重要创新性研究进展,包括:发现新的导致耳聋、智障与脑白质病变的赖氨酰-tRNA合成酶(KARS)基因突变;发现线粒体翻译质量控制对于胚胎发育的重要性;发现一种新的aaRS基因;揭示人线粒体丙氨酰-tRNA合成酶(hmtAlaRS)识别tRNA的独特机制;发现哺乳动物细胞质多aaRS复合物新成员;揭示KARS遗传变异导致听力障碍的分子基础;揭示人线粒体tRNA t6A修饰的分子机制等成果。这些研究结果系统揭示了人细胞质与线粒体蛋白质合成及其导致相关疾病的分子基础。共发表研究论文9篇,包括Nucleic Acids Research 7篇;Human Mutation以及SCIENCE CHINA Life Sciences各1篇。项目主持人晋升研究员职称、晋升中科院分子细胞科学卓越创新中心/生化与细胞所研究组长、获得基金委优青项目资助;培养博士研究生3名。圆满并超额完成目标任务。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A natural non-Watson-Crick base pair in human mitochondrial tRNAThr causes structural and functional susceptibility to local mutations.
人线粒体 tRNA(Thr)中的天然非 Watson-Crick 碱基对导致结构和功能对局部突变的易感性
  • DOI:
    10.1093/nar/gky243
  • 发表时间:
    2018-05-18
  • 期刊:
    Nucleic acids research
  • 影响因子:
    14.9
  • 作者:
    Wang Y;Zeng QY;Zheng WQ;Ji QQ;Zhou XL;Wang ED
  • 通讯作者:
    Wang ED
A threonyl-tRNA synthetase-like protein has tRNA aminoacylation and editing activities.
苏氨酰-tRNA 合成酶样蛋白具有 tRNA 氨酰化和编辑活性
  • DOI:
    10.1093/nar/gky211
  • 发表时间:
    2018-04-20
  • 期刊:
    Nucleic acids research
  • 影响因子:
    14.9
  • 作者:
    Chen Y;Ruan ZR;Wang Y;Huang Q;Xue MQ;Zhou XL;Wang ED
  • 通讯作者:
    Wang ED
Mutations in KARS cause early-onset hearing loss and leukoencephalopathy: Potential pathogenic mechanism
KARS 突变导致早发性听力损失和白质脑病:潜在的致病机制
  • DOI:
    10.1002/humu.23335
  • 发表时间:
    2017-12-01
  • 期刊:
    HUMAN MUTATION
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Zhou, Xiao-Long;He, Long-Xia;Yang, Tao
  • 通讯作者:
    Yang, Tao
Nitrosative stress inhibits aminoacylation and editing activities of mitochondrial threonyl-tRNA synthetase by S-nitrosation
亚硝化应激通过 S-亚硝化抑制线粒体苏氨酰-tRNA 合成酶的氨酰化和编辑活性。
  • DOI:
    10.1093/nar/gkaa471
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Nucleic Acids Research
  • 影响因子:
    14.9
  • 作者:
    Zheng Wen-Qiang;Zhang Yuying;Yao Qin;Chen Yuzhe;Qiao Xinhua;Wang En-Duo;Chen Chang;Zhou Xiao-Long
  • 通讯作者:
    Zhou Xiao-Long
The G3-U70-independent tRNA recognition by human mitochondrial alanyl-tRNA synthetase
人线粒体丙氨酰-tRNA合成酶对G3-U70独立的tRNA识别
  • DOI:
    10.1093/nar/gkz078
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Nucleic Acids Research
  • 影响因子:
    14.9
  • 作者:
    Zeng Qi-Yu;Peng Gui-Xin;Li Guang;Zhou Jing-Bo;Zheng Wen-Qiang;Xue Mei-Qin;Wang En-Duo;Zhou Xiao-Long
  • 通讯作者:
    Zhou Xiao-Long

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    周小龙

其他文献

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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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