复杂物理因素调控的蛋白质功能结构形成、运动和相互作用

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11334004
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    320.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2013.软凝聚态与生物物理
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Protein molecules are a kind of typical soft condensed-matter systems. They undergo various structural changes for the formation of functional structure units and the execution of biological functions, including folding, aggregations, allosteric motions, and so on. These dynamic processes are under the cooperative and subtle regulations of various physical factors, such as metal ions, external forces, and complex interfaces and so on. The physical factors bring tremendous complexities to the structural changes of protein molecules, making such systems a fascinating research topic with rich physical contents. How do these physical factors interact with protein molecules? What are physical mechanisms that underlie the regulations of the structural formation and functional dynamics of proteins? The researches on these questions are the frontiers of the interdisciplinary studies between physics and biology. In our project, we will concentrate on several representative protein systems, and study the effects of several physical factors (including metal ions, external forces, and/or nano-scaled particles as well as complex interfaces) on the dynamics of structural formations and functional motions of proteins. Both experimental and simulation methods will be employed in our project, including the common molecular-biology techniques, single-molecular force spectroscopy, and various models and methods for large-scale molecular simulations. Through detailed characterizations on the dynamics of proteins and comprehensive analysis on the related physical mechanisms, we expect to establish a quantitative theory on how the concerned physical factors regulate the dynamics of proteins. These studies could deepen the understanding on the physical properties of biological macromolecules, realize the quantitative descriptions of related processes, and further bring some fundamental insights to the design of protein-based functional materials.
蛋白质分子是典型的软物质体系,其折叠、聚集、变构等功能结构形成和构象运动过程是生命系统的结构组织和功能执行中的关键环节。这些动力学过程受到金属离子、生物外力和复杂界面等物理因素的协同作用和调控,蕴含着丰富的物理内涵。这些物理因素是如何与蛋白质分子相互作用?通过怎样的物理机制调控蛋白质分子功能结构形成和构象运动?这些问题的研究是当前物理学与生物学交叉的前沿。本项目针对几个典型蛋白质体系,综合运用分子生物学实验技术、单分子实验手段和大规模模拟计算方法,围绕蛋白质功能结构形成和构象运动过程,系统研究金属离子、生物外力和纳米粒子与固体表面等多种物理因素的作用和影响,刻画相关动力学过程,分析和揭示其物理机制,建立相关物理因素调控下的蛋白质动力学的定量理论。从而深化对生物分子体系物理特性的认识,实现相关过程的定量刻画,并且对有关功能材料设计提供基础性参考。

结项摘要

细胞环境下,蛋白质等生物大分子受到机械力、辅因子等复杂物理和化学因素的调控。因此,研究复杂物理化学因素调控下的生物大分子结构和功能动力学对理解细胞环境下的生物过程至关重要。本项目围绕复杂物理因素调控的蛋白质功能结构形成、运动和相互作用等方面,按照预定设想,理论结合实验,很好地完成了研究任务,并做了重要拓展。在金属离子、二硫键、机械力、二维界面、磷酸化翻译后修饰等复杂物理化学因素调控下的蛋白质、核酸结构形成和基本物理特性及其复杂相互作用,多肽分子和无序结构特性、生物分子材料结构和物理特性、以及生物大分子多尺度理论等方面取得了多个重要研究成果。已在相关期刊上发表论文30余篇,部分成果发表在Phys.Rev.Lett(1篇),PNAS(2篇),Nature Comm.(2篇),JACS(1篇)和Angew.Chem.(1篇)等重要期刊上,并应邀在结构生物学重要综述期刊Curr. Opin. Struct. Biol.(2015)和物理学综述期刊Adv. Phys.-X (2016)撰写综述论文。本项目研究成果对理解细胞环境下的生物大分子的折叠组装、功能运动、以及基于生物大分子的材料设计具有重要的科学意义。

项目成果

期刊论文数量(25)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Dimerization of Cell-Adhesion Molecules Can Increase Their Binding Strength
细胞粘附分子的二聚化可以增加其结合强度
  • DOI:
    10.1021/acs.langmuir.6b04396
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Langmuir
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Huang Wenmao;Qin Meng;Li Ying;Cao Yi;Wang Wei
  • 通讯作者:
    Wang Wei
Designing the mechanical properties of peptide-based supramolecular hydrogels for biomedical applications
设计用于生物医学应用的基于肽的超分子水凝胶的机械性能
  • DOI:
    10.1007/s11433-014-5427-z
  • 发表时间:
    2014-05-01
  • 期刊:
    SCIENCE CHINA-PHYSICS MECHANICS & ASTRONOMY
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Li Ying;Qin Meng;Wang Wei
  • 通讯作者:
    Wang Wei
Reversible hydrogels with tunable mechanical properties for optically controlling cell migration
具有可调机械性能的可逆水凝胶,用于光学控制细胞迁移
  • DOI:
    10.1007/s12274-017-1890-y
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Nano Research
  • 影响因子:
    9.9
  • 作者:
    Wu Xin;Huang Wenmao;Wu Wen-Hao;Xue Bin;Xiang Dongfang;Li Ying;Qin Meng;Sun Fei;Wang Wei;Zhang Wen-Bin;Cao Yi
  • 通讯作者:
    Cao Yi
Conformation of disordered peptides modulated by distributions of charged residues: Case study of random peptides composed of arginines and aspartic acids
带电残基分布调节无序肽的构象:由精氨酸和天冬氨酸组成的随机肽的案例研究
  • DOI:
    10.7498/aps.67.20172246
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    Kang Wen Bin;Wang Jun;Wang Wei
  • 通讯作者:
    Wang Wei
Molecular simulations of metal-coupled protein folding
金属耦合蛋白质折叠的分子模拟
  • DOI:
    10.1016/j.sbi.2014.11.006
  • 发表时间:
    2015-02-01
  • 期刊:
    CURRENT OPINION IN STRUCTURAL BIOLOGY
  • 影响因子:
    6.8
  • 作者:
    Li, Wenfei;Wang, Jun;Wang, Wei
  • 通讯作者:
    Wang, Wei

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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
    程常桂
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赖志宏;王炜;涂思思
  • 通讯作者:
    涂思思

其他文献

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AI项目解读示例

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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