维生素K2合成中UbiA与MenA协同调控机制研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31501465
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C2003.食品微生物学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

As a kind of essential vitamins for human body, vitamin K2 has many important physiological functions such as promote the generation of prothrombin, increase synthesis of osteocalcin, repair the mitochondria of damaged cells. Thus it has a very broad application prospects in food industry. Decrease the activity of 4-hydroxybenzoic acid oligoprenyltransferase (UbiA) combining with increase the activity of 1,4-dihydroxy-2-naphthoicacid oligoprenyltransferase (MenA) in Bacillus subtils natto can significantly promote the synthesis of vitamin K2. In this project, the fusion expression stain of UbiA and MenA with the fluorescent protein was constructed, the interaction between UbiA and MenA in vivo was revealed by fluorescence resonance energy transfer (FRET). The UbiA and MenA was purified, and the interaction between UbiA and MenA in vitro would be clarified by the surface plasmon resonance technology (SPR). The key binding sites in active area of UbiA and MenA were also being analyzed by directed evolution and site directed mutagenesis. The mechanism of synergistic reaction between UbiA and MenA was discussed respectively in cell, protein and nucleotide levels. It provides sufficient theoretical basis for regulation the synthesis of vitamin K2 in Bacillus subtils natto.
作为一种能够促进凝血酶原产生、增加骨骼密度以及修复损伤细胞线粒体的人体必需维生素,维生素K2在食品行业具有非常广阔的应用前景。纳豆芽孢杆菌中4-羟苯甲酸-聚异戊二烯转移酶(UbiA)活性的下调协同1,4-二羟基-2-萘甲酸-聚异戊二烯转移酶(MenA)活性的上调能够显著促进维生素K2的合成。为揭示UbiA与MenA的协同调控机制,本研究拟分别构建UbiA和MenA与荧光蛋白融合表达菌株,利用荧光共振能量转移技术(FRET)揭示UbiA与MenA胞内相互作用,并通过表面等离子共振技术(SPR)解析二者的胞外互作特性,进而阐明UbiA与MenA相互作用机制,同时结合定向进化和定点突变分析UbiA和MenA活性区域上的关键结合位点。分别从细胞、蛋白和核苷酸三个水平探讨UbiA与MenA的协同调控促进维生素K2合成的机制,为纳豆芽孢杆菌维生素K2合成调控提供充分的理论依据。

结项摘要

作为一种能够促进凝血酶原产生、增加骨骼密度以及修复损伤细胞线粒体的人体必需维生素,维生素K2在食品行业具有非常广阔的应用前景。4-羟苯甲酸-聚异戊二烯转移酶(UbiA)活性的下调协同1,4-二羟基-2-萘甲酸-聚异戊二烯转移酶(MenA)活性的上调能够显著促进维生素K2的合成。为揭示UbiA与MenA的协同调控机制,本研究分别构建UbiA和MenA与荧光蛋白融合表达菌株,利用荧光共振能量转移技术(FRET)揭示UbiA与MenA胞内相互作用,同时结合定向进化和定点突变分析UbiA和MenA活性区域上的关键结合位点。结果发现:MenA属于亲脂且疏水的膜结合型蛋白质,MenA的34-278位的氨基酸组成典型的UbiA结构功能域,且74-84和204-212氨基酸中分别存在2个NxxxDxxxxxD和NNxxDxxxD的Asp-rich motifs结构;UbiA由9个跨膜螺旋和一个膜外帽子构成活性中心腔,该中心腔是带有活性位点的活性区域。活性区域中有一个侧链GSPP结合位点和一个PHB结合位点。为便于膜内催化,UbiA有一个不寻常的活性位点侧向延伸至磷脂双分子层。如果将4-羟苯甲酸-聚异戊二烯转移酶(UbiA)的第198位天冬氨酸定点突变为丙氨酸,共表达dxr和menA,以及添加丙酮酸钠(SPY)和莽草酸(SA),能够将MK的产量提高397%。并且,当共表达dxr, menA和ubiE,以及添加丙酮酸钠(SPY)和莽草酸(SA)后,MK的产量又有了145%的增长。因此,总体上来说,当通过定点突变削弱了UbiA酶学活性,与此同时过量表达dxr, menA和ubiE,以及添加丙酮酸钠(SPY)和莽草酸(SA)后,维生素K2代谢合成的能力提高了11倍多。这对于促进维生素K2的工业化应用有着重要的意义。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
The change of the state of cell membrane can enhance the synthesis of menaquinone in Escherichia coli
细胞膜状态的改变可增强大肠杆菌内甲基萘醌的合成
  • DOI:
    10.1007/s11274-017-2222-9
  • 发表时间:
    2017-03-01
  • 期刊:
    WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY & BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Liu, Yan;Ding, Xiu-min;Zheng, Zhi-ming
  • 通讯作者:
    Zheng, Zhi-ming
Bioconversion of farnesol and 1,4-dihydroxy-2-naphthoate to menaquinone by an immobilized whole-cell biocatalyst using engineered Elizabethkingia meningoseptica
使用工程化的 Elizabethkingia meningoseptica 通过固定化全细胞生物催化剂将金合欢醇和 1,4-二羟基-2-萘甲酸酯生物转化为甲基萘醌
  • DOI:
    10.1007/s11274-017-2382-7
  • 发表时间:
    2017-11
  • 期刊:
    World J Microbiol Biotechnol
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu Yan;Yang Ziming;Xue Zhenglian;Wang Zhou;Zhao Shiguang;Zhu Longbao;Hu Liuxiu;Ding Xiumin;Su Yun
  • 通讯作者:
    Su Yun
Site-directed mutagenesis of UbiA to promote menaquinone biosynthesis in Elizabethkingia meningoseptica
UbiA 的定点诱变促进 Elizabethkingia meningoseptica 的甲基萘醌生物合成
  • DOI:
    10.1016/j.procbio.2017.05.002
  • 发表时间:
    2017-07-01
  • 期刊:
    PROCESS BIOCHEMISTRY
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Liu, Yan;Ding, Xiu-min;Xu, Ping
  • 通讯作者:
    Xu, Ping
A high-throughput screening strategy for accurate quantification of menaquinone based on fluorescence-activated cell sorting
基于荧光激活细胞分选的甲基萘醌精确定量高通量筛选策略
  • DOI:
    10.1007/s10295-016-1757-3
  • 发表时间:
    2016-06-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF INDUSTRIAL MICROBIOLOGY & BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Liu, Yan;Xue, Zheng-lian;Zheng, Zhi-ming
  • 通讯作者:
    Zheng, Zhi-ming
Influence of site-directed mutagenesis of UbiA, overexpression of dxr, menA and ubiE, and supplementation with precursors on menaquinone production in Elizabethkingia meningoseptica
UbiA 定点诱变、dxr、menA 和 ubiE 过度表达以及补充前体对 Elizabethkingia meningoseptica 甲基萘醌产生的影响
  • DOI:
    10.1016/j.procbio.2018.01.022
  • 发表时间:
    2018-05-01
  • 期刊:
    PROCESS BIOCHEMISTRY
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Liu, Yan;Yang, Zi-ming;Yu, Fei
  • 通讯作者:
    Yu, Fei

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  • 作者:
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    梁路

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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