基于生物正交断键反应的蛋白质化学调控与功能解析
批准号:
21937001
项目类别:
重点项目
资助金额:
300.0 万元
负责人:
陈鹏
依托单位:
学科分类:
生物分子的化学生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈鹏
中文摘要
蛋白质是生命活动的物质基础,对活体环境下蛋白质功能的精准调控与动态解析是揭示生命过程、理解疾病机理等问题的重要途径,也是当今化学与生命科学交叉研究的前沿问题之一。本课题组长期致力于探索在活细胞内原位研究和调控蛋白质功能的新技术新方法,在国际上率先发展了生物正交断键反应,用以进行蛋白质侧链氨基酸的“化学脱笼”。基于这一概念,开发了一系列利用化学小分子调控蛋白功能的新方法,在蛋白质活性的在体、原位调控领域实现了一系列原始创新。在上述工作基础之上,本项目拟进一步提出蛋白质“活性中心”调控的新概念,获得调控蛋白质活性的一种通用策略,并将化学脱笼技术从特定氨基酸侧链拓展到任一蛋白质的活性中心,实现使用统一的小分子对任意蛋白进行精准调控与动态解析。在模型蛋白确证的基础之上,将在不同类型的蛋白体系上加以展示和应用。本项目的开展,将突破蛋白质在体研究的关键技术瓶颈,为蛋白质功能的在体调控提供普适性工具。
英文摘要
Comprehensive studies of proteins in living systems are the key to the answers of fundamental questions of biological processes and diseases, thus have been the frontier research topic in the interdisciplinary fields of chemistry and life sciences. Our group has long been exploring new technologies and methods on protein manipulations in living systems. A series of creative protein activation methods have been developed in our group by exploiting the bioorthogonal cleavage chemistry, greatly fueling the comprehensive studies of proteins in complex living systems. Inspired by our previous contributions on protein activations, we propose in this project a new concept: protein manipulations by regulating the protein active site instead of the single amino acid residue using bioorthogonal cleavage chemistry. This new concept will lead to the development of a simple universal protein manipulation method, which could control activity of any protein of interest in living systems by using only one single small molecule. The universal method will be confirmed by various type of proteins, and followed by exploring the biological processes and functions of several key proteins in living cells. The success of this project would emerge a universal and powerful tool for in situ protein manipulation, breaking through the key bottleneck in the research field of protein science.
在项目的资助下,我们针对现有技术难以实现亚细胞区域磷酸化蛋白质谱的深度绘制、缺乏高时空分辨率膜电位探针,以及对染色质化学修饰影响基因表达手段不足等问题,展开了系统性的研究。我们的目标是开发新型工具和技术以解析细胞内复杂的生命过程,提升对细胞信号转导机制、神经活动监测和表观遗传调控的理解。为此,我们首先构建了一种生物正交、时空可控的邻近标记酶,并结合磷酸化富集技术,开发了SubMAPP技术,实现了活细胞中亚微米分辨率下的磷酸化蛋白质组捕获,并成功拓展至神经元及活体动物等复杂体系。这项技术不仅为深入理解细胞内信号转导提供了新视角,也为其他翻译后修饰类型的亚细胞水平绘制奠定了基础。与此同时,我们通过“生物正交工程”优化膜蛋白,发展了高性能远红区荧光探针HVI系列,这些探针不仅增强了成像的亮度和灵敏度,还支持多色成像和全光学电生理学应用,显著提升了对神经元活动监测的能力。此外,我们开发了“单位点-多组学”技术SiTomics,首次实现了染色质酰化修饰的编码表达与串联分析,揭示了位点特异性修饰对基因表达调控的作用,建立了蛋白质组与基因组之间的直接联系,加深了对染色质结构功能关系的理解。为了进一步探究蛋白质动态修饰的功能,我们利用遗传密码子拓展技术实现了天冬氨酸和色氨酸的功能性脱笼,提供了一种原位实时调控蛋白质功能的方法,扩展了脱笼化学的应用范围,并加深了对MEK1双重磷酸化激活机制的理解。基于“快速扰动-多维捕获”策略,我们完成了对激酶信号通路和信号转导复合物的深度、高时间分辨组学信息的“多维捕获”,新发现了目标激酶的信号通路及其调控机制,探索了其靶向治疗的潜力。综上所述,本项目不仅填补了多个技术空白,还在科学上具有重要意义。这些创新工具和技术为生物学基础研究和临床应用开辟了新的道路,展现了广泛的应用前景,预期将在未来的研究中发挥关键作用,推动相关领域的持续进步和发展。
活体动物的生物正交剪切反应
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批准号:22137001
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项目类别:重点项目
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资助金额:334万元
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批准年份:2021
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负责人:陈鹏
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依托单位:
植物生物大分子的化学修饰及功能调控
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批准号:21432002
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项目类别:重点项目
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资助金额:300.0万元
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批准年份:2014
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负责人:陈鹏
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依托单位:
基于光交联探针的病原菌生物膜形成过程的信号转导机制研究
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批准号:91013005
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项目类别:重大研究计划
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资助金额:70.0万元
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批准年份:2010
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负责人:陈鹏
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依托单位:
金属离子荧光生物传感器探针的开发与特异识别机理研究
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批准号:21001010
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:19.0万元
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批准年份:2010
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负责人:陈鹏
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依托单位:
国内基金
海外基金