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理性设计别构调控的蛋白质活性开关

批准号:
22077094
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
祝诚
依托单位:
学科分类:
化学生物学理论、方法与技术
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
祝诚

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
蛋白质的别构效应使得蛋白质结构中相互远离的位点产生功能上的耦合。别构效应可以调控细胞内蛋白质活性的高低,它对信号传导、新陈代谢、基因调控网络等细胞功能的调节具有重要的意义。将蛋白质的别构位点与理性设计的分子开关相融合,我们可以使蛋白质响应外界信号(光或小分子),通过别构位点的构象变化 “打开”与“关闭”蛋白质的功能。本项目以Rho蛋白质家族为研究对象,结合别构位点的计算预测方法与实验测量的蛋白质动力学数据,理性地设计光控的GEF、GTPase、Kinase等蛋白质,实现对细胞运动的人工控制。本项目使用人工设计的蛋白质,深入地阐明蛋白质结构内残基-残基关联网络与别构效应的关系,为理性地开发蛋白活性开关和人工调节的功能模块提供可靠的手段。
英文摘要
The allosteric effects enable functional coupling between distant sites within protein structures. It can regulate the intrinsic activity of cellular proteins; hence, allosteric effects are import for cellular functions including signaling transduction、metabolism、genetic networks. Rationally designed molecular switches make possible of engineered proteins responding to external signals (light-sensitive or chemical-sensitive) and altering their functions. Combining the allosteric sites and molecular switches, we can “turn on” or “turn off” protein activities in real time and in situ. In the current project, we will rationally design light-controlled GEF、GTPase、and Kinase, all belonging to the Rho family proteins and important for cell movement. We will combine computational methods to predict allosteric sites and experimental methods to measure protein dynamics, to elucidate the relationship between allosteric effects and residue-residue correlation networks within designed proteins. Eventually, we can achieve modulated morphodynamics of living cells and provide robust methods for engineering allosterically-regulated protein switches and functional modules.
通过别构效应调控蛋白质的活性是蛋白质进化过程中所产生的普遍现象。我们使用蛋白质分子模拟预测多类非经典复杂体系中蛋白质的别构位点和别构调控机制。基于本项目发掘的别构调控原理,我们进一步运用蛋白质设计的方法理性地改造酶或从头设计蛋白,调节细胞或酶的功能,为细胞生物学、神经生物学、分子生物学、蛋白质工程等学科提供有效的研究工具。通过结合分子动力学模拟和分子设计的方法,我们将蛋白质理性地改造成可调控的模块,加入别构信号的时候,别构开关的构象变化能有效地传递到待调控的位点,从而控制蛋白的结构与功能。本项目中,计算方法所产出的模型为实验提供了目标,而实验方法对蛋白质动力学参数或热力学稳定性的测量可以修正计算程序中的偏差,通过计算与实验的交互,我们将别构效应调节的设计拓展到泛素降解系统与核酸聚合酶两类功能家族中。. 项目将传统的残基-残基间相互作用动力学拓展到蛋白质-纳米粒子,蛋白质-核酸,蛋白质-蛋白质,多肽-膜,小分子-膜等体系,与实验测量紧密结合,在AP2内吞接头蛋白,PP2C真菌磷酸酶,P2X3膜蛋白,NLRC3免疫蛋白,PETase降解酶,CyBI7染料分子等不同分子上均准确预测了别构效应分子与别构调控位点。项目综合运用了合成生物学的设计理念,计算机辅助的蛋白质设计,分子动力学模拟,细胞生物学,结构生物学等计算与实验手段,体现了多学科的交叉。对别构效应进行理性设计为研究者精细地调控蛋白质结构与功能的关系提供了可能的途径。经过计算与实验的互动与交叉,我们将不断推进当前预测方法的准确度与蛋白质设计方法的精度。在项目支持下,我们发表研究论文五篇,并申请专利一项。
理性设计别构调控的蛋白质活性开关
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    63万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    祝诚
  • 依托单位:
理性设计表位嫁接的HIV-1 Env蛋白质抗原
  • 批准号:
    22007071
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    祝诚
  • 依托单位:
国内基金
海外基金