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拟南芥中Dicer家族蛋白切割产生小RNA的结构生物学研究

批准号:
32301080
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
10.0 万元
负责人:
王倩
依托单位:
学科分类:
核酸生物化学
结题年份:
2024
批准年份:
2023
项目状态:
已结题
项目参与者:
王倩

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
小RNA在表观遗传调控中起着广泛而关键的作用。小RNA的生物合成由具备“分子尺”功能的Dicer家族核酸内切酶直接决定。尽管前期的研究已从不同程度上揭示了不同物种中Dicer产生小RNA的机理,但是这些机理之间的关联和差异并不十分清楚,从大程度上限制了我们对Dicer切割产生小RNA原理共性和特性的了解。我们拟以拟南芥中Dicer家族蛋白为研究对象,在DCL1和DCL3切割机制研究的基础上,利用冷冻电镜技术,基于结构生物学开展对DCL2和DCL4的蛋白质与相应互作蛋白及底物RNA复合物结构和功能的研究,综合运用生物化学、植物分子遗传学等手段揭示DCL2、DCL4产生22-nt siRNA、21-nt siRNA分子机制,通过总结拟南芥中Dicer家族蛋白DCL1、DCL2、DCL3、DCL4产生不同RNA的一般规律和特性,深化对表观遗传系统的认知,为小RNA的人工设计提供潜在的理论依据。
英文摘要
Small RNAs (sRNAs) plays a critical role to affect the epigenetic regulation. Dicer, which function as “molecular ruler”, decide the production of biosynthesis for small RNAs specifically. Although the mechanism for Dicer producing sRNAs have been revealed in different species, the correlation and differences between these mechanisms are not clear, which greatly limits our understanding for the commonality and characteristics of Dicer's cleavage mechanism to produce small RNA. On the basis of DCL1 and DCL3 cutting mechanism research, we intend to study the Dicer family protein in Arabidopsis. we plan to reveal the structure and function of DCL2 and DCL4 proteins with corresponding interacting proteins and substrate RNA complexes by combining structural, biochemical and plant molecular genetics studies, to describe the molecular mechanism of 22-nt siRNA and 21-nt siRNA production. Finally, the general rules and characteristics of different RNAs produced by the Dicer family proteins will be summarized by analysis for the dicing mechanism of DCL1, DCL2, DCL3 and DCL4 in Arabidopsis, the understanding of epigenetic system is deepened thereby, and a potential theoretical basis may be provided for the artificial design of small RNA.
小RNA在植物生长发育、基因表达调控、防御机制以及基因沉默的调控过程中起着关键作用。小RNA的生物合成由具备“分子尺”功能的RNase III家族的Dicer-like(DCL)蛋白直接决定。拟南芥中有四种DCL蛋白,它们加工的sRNA产物大小从21-nt到24-nt。DCL4切割产生21-nt siRNA,是抗病毒siRNA、内源ta-siRNA和次级siRNA的主要生产者。而DCL2切割产生22-nt siRNA,对DCL4切割产生的21-nt sRNA起着亦互补亦冗余的作用。前期的研究已经在拟南芥中揭示了DCL1和DCL3产生小RNA的机理,但DCL2和DCL4切割产生小RNA的分子机制以及植物中这些不同Dicer切割产生不同小RNA机制的关联和差异并不十分清楚。我们以拟南芥中的DCL2和DCL4为研究对象,在DCL1和DCL3切割机制的研究基础上,利用冷冻电镜技术,获得了DCL2和DCL4的蛋白质与相应互作蛋白及底物RNA的复合物结构,综合利用生物化学、植物分子遗传学等手段展开研究,目前已揭示了DCL4切割产生小RNA的分子机制,通过结合正在分析的DCL2切割产生小RNA的机制,以期对拟南芥中Dicer家族蛋白切割产生小RNA的机制进行系统性的分析。
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