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基于LiP/iTRAQ靶蛋白鉴定技术解析HSYA生物合成途径羟化酶的功能机制

批准号:
82104328
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
郭丹丹
学科分类:
中药资源
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
郭丹丹

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
红花主要活性成分是含有查耳酮母环的羟基红花黄色素A,广泛用于预防和治疗心脑血管疾病,下游合成途径不明且来源单一是限制其药源供应和可持续开发的重要原因。羟基化末端修饰的多样性是解析途径的难点。前期预测查耳酮母环通过CYP450合成HSYA前体,并通过转录组筛选到10条CYP450,进而通过分子对接和“基因-化合物”相关分析筛选到候选CYP450潜在参与HSYA生物合成。基于此,本项目拟采用瞬时表达和异源诱导方法探析候选基因亚细胞定位及构象特性;利用酵母微粒体模块快速验证候选基因体外催化活性;通过CRISPR/Cas9技术编辑红花植株,开展LiP/iTRAQ靶蛋白筛选,精准鉴定HSYA结合CYP450靶蛋白结合位点。本项目旨在探索CYP450参与调控HSYA生物合成功能机制,以解析HSYA生物合成途径为目标,为HSYA异源全合成奠定基础。
英文摘要
Hydroxysafflor Yellow A (HSYA), uniquely existing in floret in Carthamus tinctorius L., is an active compound to prevent and treat cardiovascular & cerebrovascular diseases. Unclear biosynthetic pathway and limited wild resource are the main reasons that limiting supply and sustainable exploitation. Diversity of hydroxylases is the major sticking point for pathway analysis. Previous study has predicted chalcone precursor of HSYA would be catalyzed by CYP450. Through the transcriptome analysis, 10 candidate CYP450s were screened out. Following by docking analysis and “gene-compound” pearson correlation, candidate CYP450 was identified to potentially involve in HSYA biosynthetic pathway. Based on the previous results, the project will be aimed to explore subcellular location and protein confirmation of candidate CYP450 by transient expression and IPTG-induction. Then yeast microsomal system will be used to validate the enzymatic activity. Finally, CRISPR/Cas9 gene editing system and LiP/iTRAQ will be used to identify protein targets combining with HSYA accurately. Overall, this project intends to explore functional mechanism of CYP450 regulating HSYA and detailed HSYA biosynthetic pathway which will provide the foundation for heterogeneous synthesis of HSYA.
药用植物中富含大量具有活性的天然产物,它们在医疗和生物技术领域展现出独特的优势,解析天然产物生物合成途径是当前合成生物学在中药资源开发领域的一个重要研究方向。基于基因组和转录组,挖掘药用植物关键功能基因并异源合成,实现他们在体外活性检测和生物全合成是一直以来的主流研究方法,本研究中,我们从基因功能的执行体——蛋白质入手,建立药用植物蛋白质组学和磷酸化修饰组学资源数据集,通过差异分析,发现功能靶酶,并验证其调控机制。该研究中,我们运用整合组学分析策略对药用植物Scutellaria baicalensis Georgi多种组织进行蛋白质组、磷酸化修饰蛋白组以及转录组的定量分析,共鉴定到了5250个蛋白和7299个磷酸化位点并系统地揭示了蛋白质复合体的组织特异性和磷酸化调控的信号通路,这是目前药用植物Scutellaria baicalensis Georgi蛋白质表达丰度与磷酸化翻译后修饰最为系统和全面的研究, 继而我们通过HepG2细胞模型利用有限蛋白水解质谱技术(Limited Proteolysis Mass Spectrometry,LiP-MS),研究了该物种主要活性成分汉黄芩苷发挥肝保护作用的主要作用靶点及作用机制。另外,我们基于稳定同位素标记蛋白质组学技术 (isobaric tags for relative and absolute quantitation,iTRAQ)对药用植物Houttuynia cordata Thunb.多器官的蛋白质组进行谱图构建,并发现其主要挥发油成分的生物合成途径受到核糖体蛋白的调控影响。以上研究对为其它药用植物的次生代谢产物调控与逆境应答过程奠定了基础,并展示了蛋白质组学技术的应用前景,为后续借助合成生物学方法开展活性成分代谢工程研究提供了重要保障。
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