DNA同源重组的物理过程和同源识别的分子机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11574381
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    73.0万
  • 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:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Homologous recombination is a kind of genetic recombinations,which happens between DNA homologous sequences. It is very important to organism surviving and developing. RecA and Rad51 are recombinases from prokaryotes and eukaryotes respectively. They are highly conservative and their nature and functions are very similar. People have a general understanding of the basic process of homologous recombination mediated by RecA and Rad51, but many physical details and molecular mechanisms are still not clear. Homology recognition and strand exchange are two critical steps in the process of homologous recombination. However, they have not been directly observed so far due to the highly dynamic property of these two steps, and too small the deformation degree of the intermediate. It became a famous difficulty to biologists for many years. Using strategically experimental design to bypass the problem of time resolution and spatial resolution, we will research the processes of homology recognition and strand exchange mediated by RecA and Rad51 with longitudinal magnetic tweezers and single molecular fluorescence resonance energy transfer. We will carry out the real-time observation of homology recognition and strand exchange processes in single molecular level, and conclude the influences of the mismatch on homology recognition and strand exchange. Then illuminate the processes of homology recognition and strand exchange mediated by RecA and Rad51 from single molecular level, and explain the mechanisms of them.
同源重组是生物体内常见的发生在DNA同源序列之间的重组,它对产生生物多样性和维持遗传信息的稳定至关重要。RecA和Rad51是分别存在于原核和真核生物中的重组酶,其序列具有高度保守性,其性质和功能也非常相似。人们已大体了解了RecA和Rad51介导的同源重组的基本过程,但仍有很多物理细节和分子机理尚不清楚。同源识别和链交换是同源重组过程中最关键的两个步骤,然而由于这两个步骤具有高度动态的特性,且中间过程形变量极小,至今尚无手段直接观察到,成为困扰生物学家多年的难题。我们将利用巧妙的实验设计,绕开时间分辨率和空间分辨率的问题,用纵向磁镊和单分子荧光共振能量转移技术来对同源识别和链交换过程进行单分子水平的实时观察,并且研究当参与同源重组的DNA间存在一定比例错配时对同源识别和链交换产生的影响,最终从分子水平阐明RecA和Rad51介导的同源识别和链交换过程,并对其机理作出解释。

结项摘要

同源重组是生物体内常见的发生在DNA同源序列之间的重组,它对产生生物多样性和维持遗传信息的稳定至关重要。RecA是存在于原核生物中的重组酶,其序列具有高度保守性,其性质和功能在RecA蛋白家族中具有代表性。人们已大体了解了RecA介导的同源重组的基本过程,但仍有很多物理细节和分子机理尚不清楚。同源识别和链交换是同源重组过程中最关键的两个步骤,然而由于这两个步骤具有高度动态的特性,且中间过程形变量极小,至今尚无手段直接观察到,成为困扰生物学家多年的难题。我们利用单分子磁镊技术和单分子FRET技术,通过巧妙的实验设计,捕捉到了链交换的中间过程。并且在实验过程中,我们发现链交换的的终止位置可以间接反映链交换的中间过程动态细节。我们充分利用该信息,设计了一系列单分子实验,发现当存在错配序列时,链交换的会在错配序列之前提前终止。我们构建了一个链交换的动态模型,认为序列比对已经到达错配序列,而链交换未到达错配序列,中间的部分可能为过渡区域。已换链区、过渡区和试探区,这三者如同行波向前传递,当遇到错配序列时,试探区停在错配区,而换链区和过渡区停在匹配部分,导致换链终点离错配区还有一定的距离。我们通过单分子实验,捕捉到了链交换的中间态,并且详细推理了同源识别和链交换的动态过程。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Bloom's syndrome protein unfolding G-quadruplexes in two pathways
布卢姆氏综合征蛋白通过两条途径展开 G-四链体
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/26/8/088701
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Zhao Zhen-Ye;Xu Chun-Hua;Shi Jing;Li Jing-Hua;Ma Jian-Bing;Jia Qi;Ma Dong-Fei;Li Ming;Lu Ying
  • 通讯作者:
    Lu Ying
磁镊结合DNA发夹的方法在RecA蛋白介导的同源重组机制研究中的潜在应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    张宇微;颜燕;农大官;徐春华;李明
  • 通讯作者:
    李明
用全内反射瞬逝场照明磁镊研究Bloom解旋G-四联体
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    赵振业;徐春华;李菁华;黄星榞;马建兵;陆颖
  • 通讯作者:
    陆颖
Iterative homology checking and non-uniform stepping during RecA-mediated strand exchange
RecA 介导的链交换过程中的迭代同源性检查和非均匀步进
  • DOI:
    10.1016/j.bbrc.2016.08.084
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Biochemical and Biophysical Research Communications
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Yu-Wei Zhang;Da-Guan Nong;Shuo-Xing Dou;Wei Li;Yan Yan;Xu-Guang Xi;Chun-Hua Xu;Ming Li
  • 通讯作者:
    Ming Li
Dynamic structural insights into the molecular mechanism of DNA unwinding by the bacteriophage T7 helicase
噬菌体 T7 解旋酶解旋 DNA 分子机制的动态结构见解
  • DOI:
    10.1093/nar/gkaa057
  • 发表时间:
    2020-04-06
  • 期刊:
    NUCLEIC ACIDS RESEARCH
  • 影响因子:
    14.9
  • 作者:
    Ma, Jian-Bing;Chen, Ze;Li, Ming
  • 通讯作者:
    Li, Ming

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肺癌患者血清同型半胱氨酸测定的临床意义
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DNA同源重组动力学的精密测量与微观机理研究
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用单分子技术研究与DNA同源重组相关的物理过程和重组酶的分子机理
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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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