细菌双组分信号转导系统HisKA家族蛋白去磷酸化调控机制的NMR研究

批准号:
21573280
项目类别:
面上项目
资助金额:
66.0 万元
负责人:
姜凌
依托单位:
学科分类:
B0707.化学生物学理论、方法与技术
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘晓黎、刘乙祥、刘兴弘、寇新慧、王丹
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中文摘要
双组分信号转导系统广泛存在于致病菌细胞中,是新型药物研究的热门靶点,它通过组氨酸激酶和反应调节蛋白之间的磷酸传递来调控细胞的信号转导。其中组氨酸激酶催化的反应调节蛋白去磷酸化是细菌调节胞内磷酸化水平,抑制信号交叉串扰的有效途径,对细菌毒力的调节和抗生素抗性的产生具有重要影响,因此,研究双组分系统的去磷酸化调控机制具有非常重要的生物学意义。本项目拟以HisKA家族的代表性蛋白HK853-RR468和PhoR-PhoB为研究对象,利用特异性的金属氟化物探针,结合NMR动力学实验,辅以同位素标记、基因突变、功能鉴定等多种技术手段,研究去磷酸化反应过程中蛋白结构域之间的相互作用。确定互作界面的关键氨基酸或结构片段,揭示蛋白结构的动态变化与去磷酸化速率之间的关系,为阐明去磷酸化反应的分子机制提供基础数据,促进我们对双组分信号转导系统的蛋白结构与功能及其调控机制的理解。
英文摘要
Two-component systems are wildspread in pathogens. A typical TCS in its simplest form consists of a sensor histidine kinase (HK) and a response regulator (RR). They play important roles in sensing and responding to environmental changes through the phosphoryl group transfer between HK and its cognate RR. Although the general phosphorylation signaling pathway has been described for many TCSs, the molecular mechanism of the dephosphorylation process remains elusive. The goal of this project is to utilize the metal fluoride probes to investigate the dephosphorylation process of response regulator catalyzed by the bifunctional histidine kinase. HK853-RR468 and PhoR-PhoB are representative proteins in HisKA subfamily which were chosen as model systems in our project. The multi-dimensional 19F-NMR experiments will be established in combination with dynamics measurement, isotope labeling, point mutation and biochemical techniques for the exploration of transient interactions between domains. The main purpose of this study is to detect the key residues in the dephosphorylation process and find the relationship between structure dynamics and reaction kinetics. The results will give insights to the molecular mechanisms of the dephosphorylation process in bacteria and help us understand the signal regulation of TCS system.
双组分信号转导系统广泛存在于致病菌细胞中,通过组氨酸激酶和反应调节蛋白之间的磷酸传递来调控细胞的信号转导,是新型药物研究的热门靶点。项目围绕双组分信号转导机制展开了以下几个方面的研究:细菌HisKA家族蛋白去磷酸化的分子机制;组氨酸激酶DHp结构域HxxxT基序对磷酸酶活性的调控;组氨酸激酶CA结构域的抑制剂筛选;反应调节蛋白PhoB的动态构象变化和磷酸活化动态机理。项目发展了以金属氟化物为磁共振原子探针的检测方法,捕获了组氨酸激酶与反应调节蛋白复合物的瞬态构象,发现复合物的空间构象和生物活性受pH调控,提出pH介导的蛋白去磷酸化机制;确定了HisKA家族蛋白参与去磷酸化反应的关键氨基酸位点和结构片段HxxxT基序,阐明了H和T残基协同调控蛋白磷酸酶活性的分子机制;针对组氨酸激酶CA结构域ATP结合位点筛选小分子抑制剂,解析其抑制活性的分子机制;运用核磁共振方法研究了反应调节蛋白PhoB磷酸化结构域在溶液中的多种二聚形态,其二聚形式的变化与蛋白质的磷酸化生物功能密切相关。研究成果为阐明超级细菌信号转导的分子机制提供了基础数据,促进我们对蛋白质的结构、功能及其调控机制的理解。. 项目开发的19F磁共振原子探针灵敏度强,不仅能精确定位蛋白相互作用的活性位点,还能反映蛋白质互作界面的精细构象变化,是蛋白质互作分子机制研究的有力工具。项目还发展了05SAR-PAGE电泳方法,直接检测蛋白质的二聚状态,磷酸化修饰和甲基化修饰,成本低,操作简单,有望用于研究细胞内翻译后修饰,膜蛋白复合物、高聚物等生物大分子的分离鉴定,有较高的推广价值。
期刊论文列表
专著列表
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A pH-gated conformational switch regulates the phosphatase activity of the HisKA family of bifunctional histidine kinases in the two-component signaling system.
pH 门控构象开关调节双组分信号系统中双功能组氨酸激酶 HisKA 家族的磷酸酶活性。
DOI:--
发表时间:2017
期刊:Nature Communication
影响因子:--
作者:Liu Yixiang;Rose Joshua;Huang Shaojia;Hu Yangbo;Wu Qiong;Wang Dan;Li Conggang;Liu Maili;Zhou Pei;Jiang Ling
通讯作者:Jiang Ling
Visualizing the pre-active conformation of response regulator PhoBNF20D in its apo state.
可视化响应调节因子 PhoBNF20D 在其 apo 状态下的激活前构象。
DOI:--
发表时间:2018
期刊:Chinese J. Magn. Reson.
影响因子:--
作者:Kou Xinhui;Liu Yixiang;Liu Xinhong;Li Conggang;Liu Maili;Jiang Ling
通讯作者:Jiang Ling
DOI:--
发表时间:2019
期刊:分析测试学报
影响因子:--
作者:吉仕夏;刘乙祥;姜红鹰;李从刚;姜凌;刘买利
通讯作者:刘买利
Chemical shift assignments of the catalytic and ATP-binding domain of HK853 from Thermotoga maritime
来自 Thermotoga Maritime 的 HK853 的催化和 ATP 结合结构域的化学位移分配
DOI:10.1007/s12104-019-09872-3
发表时间:2019
期刊:Biomolecular NMR Assignments
影响因子:0.9
作者:Zhou Yuan;Liu Xinghong;Li Conggang;Liu Maili;Jiang Ling;Liu Yixiang
通讯作者:Liu Yixiang
Structural Basis for the Inhibition of the Autophosphorylation Activity of HK853 by Luteolin
木犀草素抑制 HK853 自磷酸化活性的结构基础
DOI:10.3390/molecules24050933
发表时间:2019-03-01
期刊:MOLECULES
影响因子:4.6
作者:Zhou, Yuan;Huang, Liqun;Jiang, Ling
通讯作者:Jiang, Ling
新型氟标记方法用于蛋白质芳香环翻转运动的核磁共振研究
- 批准号:22374156
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50万元
- 批准年份:2023
- 负责人:姜凌
- 依托单位:
细胞中原子分辨的功能分子构象变化、相互作用和微环境效应的测定方法
- 批准号:--
- 项目类别:重大项目
- 资助金额:460万元
- 批准年份:2019
- 负责人:姜凌
- 依托单位:
双组分信号系统HK853和RR468蛋白结构和动力学的核磁共振研究
- 批准号:21173257
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:姜凌
- 依托单位:
以沙坦类药物为探针研究血管紧张素II受体AT1的分子间相互作用机制
- 批准号:90813017
- 项目类别:重大研究计划
- 资助金额:50.0万元
- 批准年份:2008
- 负责人:姜凌
- 依托单位:
去乙酰化酶AaLpxC与其抑制剂复合物的核磁共振溶液结构和动力学研究
- 批准号:20605026
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:26.0万元
- 批准年份:2006
- 负责人:姜凌
- 依托单位:
国内基金
海外基金
