线粒体蛋白ISCA2突变通过[4Fe-4S]合成缺陷介导脑病发生的机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81671124
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H0901.神经系统发育与代谢异常
  • 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

Iron-sulfur clusters are involved in many important physiological processes ranging from electron transport to enzyme reaction catalyzation. Mitochondrial iron-sulfur cluster assembly protein ISCA2 G77S mutation would lead to a clinical manifestation which is similar to the mitochondria encephalopathy caused by mutation in complex-Ⅰsubunits which contain [4Fe-4S] cluster. Recently, our group conducted experiments and identified that ISCA2 protein can bind both mononuclear iron and the active [2Fe-2S] cluster. G77S mutation of ISCA2 selectively affects the [2Fe-2S] cluster binding activity of protein. In Hela cells, ISCA2 knockdown led to the decline of oxidative phosphorylation activity and down-regulation of subunits containing [4Fe-4S] cluster in respiratory chain. So we propose a hypothesis that the [2Fe-2S] cluster binding in ISCA2 is involved in the process of [4Fe-4S] cluster assembly in mitochondria. Deficiency of ISCA2 protein may lead to defect of [4Fe-4S] cluster biogenesis, which affect the function of oxidative phosphorylation (OXPHOS) and eventually contribute to encephalopathy. Our work will clarify the function of ISCA2 in the assembly of [4Fe-4S] cluster, and further analyse the importance of iron-sulfur cluster assembly function in mitochondrial oxidative phosphorylation and energy metabolism. At last, we will construct ISCA2 conditional knockout mouse model to observe whether ISCA2 knockout in nervous system would lead to mitochondria encephalopathy through the way of blocking the assembly of [4Fe-4S] cluster in mitochondrial. If the work finished, we may demonstrate the pathogenic mechanism of mitochondrial encephalopathy caused by ISCA2-mutation-mediated defect of [4Fe-4S] cluster biogenesis.
幼儿线粒体铁硫簇组装蛋白ISCA2 G77S突变引起的临床表现同呼吸链复合体中[4Fe-4S]亚基缺陷所致的线粒体脑病相似,但机制不清楚。课题组前期工作显示G77S突变选择性影响蛋白质结合[2Fe-2S],而敲低Hela细胞ISCA2导致复合体活性降低及含[4Fe-4S]亚基下调,为此假设:①ISCA2中[2Fe-2S]的结合参与线粒体中[4Fe-4S]生成;②ISCA2缺陷能引起[4Fe-4S]合成障碍,进而影响氧化磷酸化系统最终促进脑病发生。本项目计划:①蛋白水平阐述ISCA2蛋白在铁硫簇组装中的功能;②细胞水平阐明ISCA2铁硫簇组装功能及在氧化磷酸化和能量代谢中的地位;③动物水平验证ISCA2条件性敲除是否会通过阻断铁硫簇组装影响线粒体能量代谢导致线粒体脑病。预期阐明ISCA2参与[4Fe-4S]组装及缺陷导致线粒体脑病发生的机制,从而为铁硫簇缺陷引起脑病的精准诊治提供理论基础。

结项摘要

ISCA2 G77S突变是一种常染色体隐性遗传病,它的临床症状与线粒体[4Fe-4S]型蛋白亚基缺陷所引起的线粒体脑病和肌病相似,但具体机制并不清楚。本项目主要从以下三个层面进行了研究:①蛋白水平阐述ISCA2蛋白在铁硫簇组装中的功能以及G77S突变生化功能的改变。在大肠杆菌中表达纯化ISCA2蛋白,通过紫外光谱和EPR分析发现它不仅具有[2Fe-2S]簇结合能力同时还有铁结合能力;通过同样的方式我们分析ISCA2 G77S突变蛋白的金属结合特性及其功能,发现G77S突变蛋白失去了[2Fe-2S]簇的结合能力,此外,我们还通过体外铁硫簇组装和传递实验证明了G77S突变对蛋白[2Fe-2S]簇的组装和传递功能具有抑制作用;②细胞水平阐明了ISCA2线粒体内[4Fe-4S]簇组装功能及在线粒体氧化磷酸化和能量代谢中的地位,同时验证了蛋白G77S位点在细胞功能的重要作用。我们利用基因敲除技术敲除Hela细胞中的ISCA2蛋白,发现ISCA2敲除的细胞线粒体内含[4Fe-4S]簇铁硫蛋白产量减少,线粒体氧化磷酸化能力显著降低。然后,我们在敲除的Hela细胞中回补野生型ISCA2和G77S突变蛋白,发现G77S突变蛋白不能像野生型蛋白一样恢复ISCA2蛋白的正常功能;③动物水平构建了ISCA2蛋白G77S点突变基因敲入小鼠模型,发现G77S突变通过阻断线粒体[4Fe-4S]簇组装影响线粒体能量代谢导致小鼠发生线粒体肌病、脑病等表型。从而阐述了ISCA2缺陷导致线粒体脑病的具体机制,为临床诊断、预防和治疗线粒体脑病提供理论基础和新方向。.本课题累计发表学术论文6篇,其中SCI收录4篇(均为二区TOP期刊),授权专利2项,培养研究生4人(已毕业3人),参加国内外学术交流4次,含国际会议分组报告1次。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
低表达线粒体蛋白ISCA2对线粒体功能影响的机制研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国细胞生物学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨玲;刘若兰;牛欢;胡立;李艳纯;王伟龙;李江辉;谭国强;吕建新
  • 通讯作者:
    吕建新
Development of a Sensitive Escherichia coli Bioreporter Without Antibiotic Markers for Detecting Bioavailable Copper in Water Environments
开发无抗生素标记的灵敏大肠杆菌生物报告仪,用于检测水环境中的生物可利用铜
  • DOI:
    10.3389/fmicb.2019.03031
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Frontiers in Microbiology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Pang Yilin;Ren Xiaojun;Li Jianghui;Liang Feng;Rao Xiaoyu;Gao Yang;Wu Wenhe;Li Dong;Wang Juanjuan;Zhao Jianguo;Hong Xufen;Jiang Fengying;Wang Wu;Zhou Huaibin;Lyu Jianxin;Tan Guoqiang
  • 通讯作者:
    Tan Guoqiang
锌的生物学功能及高浓度锌对铁硫蛋白的影响
  • DOI:
    10.11844/cjcb.2017.05.0344
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国细胞生物学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    任孝军;刘若兰;牛欢;李艳纯;谭国强;吕建新
  • 通讯作者:
    吕建新

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其他文献

真核细胞顺乌头酸酶活性检测新技术——胶内酶活性分析法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国生物化学与分子生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李艳纯;任雪营;谭国强;吕建新
  • 通讯作者:
    吕建新
铜对线粒体中铁硫蛋白功能的毒性机制研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国细胞生物学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李艳纯;杜璟;刘若兰;任雪营;林楚贤;李江辉;谭国强;吕建新
  • 通讯作者:
    吕建新
半胱氨酸脱硫酶突变体H104Q,E156Q,D180G,Q183E和K206A通过改变对磷酸吡哆醛的结合影响酶活性
  • DOI:
    10.13865/j.cnki.cjbmb.2015.09.08
  • 发表时间:
    2015-10
  • 期刊:
    中国生物化学与分子生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张婷;李唐;赵津;谭国强
  • 通讯作者:
    谭国强
同步数据流模型调度序列的空间优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算机工程与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘国鑫;谭国强;贺也平
  • 通讯作者:
    贺也平

其他文献

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低温和锌胁迫下Fdx通过调节自组装[2Fe-2S]簇的方式调控大肠杆菌铁硫簇合成的分子机制
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  • 资助金额:
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    面上项目
低温和锌胁迫下Fdx通过调节自组装[2Fe-2S]簇的方式调控大肠杆菌铁硫簇合成的分子机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
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    59.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
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    31200587
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    2012
  • 资助金额:
    23.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

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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

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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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