分子灵活性在甲基转移酶MLL酶活调控中的作用机制探究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31670802
  • 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

Molecular recognition is predominantly described by two alternative models: induced fit and conformational selection. Understanding and distinguishing the two processes is central to understand enzyme catalysis and regulation at the molecular lever. MLL (Mixed Lineage Leukemia) family of histone methyltransferases are the key players involved in epigenetic regulation. They participate in transcription activation and their malfunctions are closely associated with many human diseases including cancers. It is well known that the enzymatic activity of MLL is precisely regulated by several binding proteins, however, the mode of interaction between MLL and its regulatory proteins is still controversial and the precise mechanism for its activation is not fully resolved. In this proposal, we aim to understand the mode of action describing MLL’s activation using a combination of genetic selection, biochemical, biophysical, and structural biology techniques. We will obtain thermodynamically more stabilized mutants of the catalytic domain of MLL, and from these mutants screen for the ones that are locked in a single conformation using single molecular techniques. By comparing the methyltransferase activity of the mutants and their abilities to interact with MLL’s regulatory proteins, we hope to discover the relationship between stability, structural flexibility, and catalytic activity of the MLL proteins and the mode of action of the interaction between MLL and its regulatory proteins. Our research will not only provide some evidence for the newly established conformational selection model but also shed some light on novel drug design considering MLL as the target.
分子识别中的诱导契合和构象选择模型是目前流行的两种模型,指导着酶催化及调控领域的研究。MLL(Mixed Lineage Leukemia)家族蛋白是一类参与表观遗传调控、与癌症密切相关的组蛋白甲基转移酶,其活性受到若干结合蛋白的精确调控,但MLL和调控蛋白的相互作用究竟遵循哪种分子识别模型至今还存在争议,其催化活性调控的机制还未完全解析。本课题我们拟综合运用生物化学、生物物理、遗传筛选、结构生物学等手段,从提升MLL催化结构域的稳定性着手,分离鉴定具有单一构象的突变体,利用单分子技术考察其结构动态性与催化活性之间的联系,揭示这一类重要酶家族的活化模型,进一步加深对这类酶的性质及其调节规律的理解,希望所得的规律能够被用于指导以MLL为靶点的新型药物研发。同时,本研究将为较为新兴的构象选择模型提供新的实验证据,也为阐释蛋白质的稳定性、结构灵活性及生物活性的相互关系提供一定的帮助。

结项摘要

组蛋白H3K4甲基化是激活基因转录的表观遗传标记,该过程由MLL家族组蛋白H3K4甲基转移酶MLL1-4,SET1A和SET1B催化,其活性依赖于与其他保守蛋白的相互作用。然而,调控MLL活性的机制却一直存在争议。首先,我们利用双底物酶反应动力学等生物化学手段,系统揭示了MLL3和MLL4的SET结构域采用截然不同的催化机制:MLL3遵循快速平衡随机顺序双-双反应机制;MLL4则采用稳态有序顺序双-双反应机制,其中辅因子SAM的结合将MLL4稳定在允许H3结合的活性构象,使其进一步结合H3并催化甲基转移反应,为进一步阐明其在正常细胞中的精确活性调控和异常细胞中的病理机制提供了坚实的分子基础。其次,我们开发了一种体内蛋白质稳定性监测工具——CysGA探针,并利用此工具对MLL3SET进行了定向进化和筛选,获得了11个稳定性增强的MLL3SET突变体,为富集处于不同天然构象的MLLSET结构域奠定了基础。最后,成功建立起了综合利用smFRET、分子动力学模拟等技术考察MLL3SET构象动态性和结构灵活性的方法,区分了MLL3SET的不同构象,并获得了催化活性提升3.28倍的自激活突变体I4801T。同时,分子动力学模拟结果表明其SET-I结构域的灵活性下降。这些证据表明MLL家族蛋白通过SET-I结构域的灵活性严格调控其甲基转移酶活性。这一系列工作将为以MLL家族蛋白及其调控蛋白亚基为靶点的小分子药物设计提供新方向。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Selection and screening strategies in directed evolution to improve protein stability
定向进化中提高蛋白质稳定性的选择和筛选策略
  • DOI:
    10.1186/s40643-019-0288-y
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    Bioresources and Bioprocessing
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Chang Ren;Xin Wen;Jun Mencius;Shu Quan
  • 通讯作者:
    Shu Quan

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其他文献

蛋白质稳定性计算设计与定向进化前沿工具
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    合成生物学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    阮青云;黄莘;孟子钧;全舒
  • 通讯作者:
    全舒

其他文献

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全舒的其他基金

新型分子伴侣Asr的作用机制解析及基于Asr特征的人工分子伴侣设计
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
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  • 项目类别:
    面上项目
新型分子伴侣Asr的作用机制解析及基于Asr特征的人工分子伴侣设计
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  • 项目类别:
    面上项目
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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]
          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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