真菌DNA去甲基化途径关键双加氧酶CcTET的底物选择性识别和催化机制研究
批准号:
22107067
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:
张琳
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:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张琳
中文摘要
DNA甲基化与去甲基化动态平衡在生命体生长发育中具有关键作用。其中DNA主动去甲基化主要通过双加氧酶TET对5-甲基胞嘧啶(5mC)逐级氧化来实现,其表达和功能异常与多种疾病的发生发展密切相关。然而由于缺乏化学生物学研究工具和检测技术,人类TET难以重组表达,多种核酸氧化产物无法精确区分和检测,其生物功能尚未阐明,探针发现工作进展缓慢。申请人以本课题组前期在真菌中发现的DNA去甲基化酶CcTET为研究对象,利用化学生物学和结构生物学交叉技术,解析了CcTET和CcTET-5mC-DNA复合物结构,初步阐明了CcTET的DNA底物识别机制。在此基础上,拟基于已阐明分子机制,进一步设计和筛选具有更高催化活性或能催化单一氧化产物的突变体,并阐明其核酸修饰产物选择性的分子机制。这将为深入研究人类TET酶的调控机制和DNA去甲基化的生物功能提供新的化学生物学研究工具,并奠定前期理论基础。
英文摘要
The dynamic balance of DNA methylation and demethylation plays a pivotal role in the growth and development of life. The DNA active demethylation is mainly mediated by the continuous oxidation of 5-methylcytosine by the ten-eleven translocation dioxygenases (TET). The abnormal expression or function of TET highly associates with numerous diseases. However, due to the lack of chemical biology research tools and technique, the human TET could not be recombinantly expressed and studied, and the various nucleic acid products by Tet oxidation could not be time-resolvedly monitored and detected, its biofunction has not been elucidated. The chemical probe discovery has also been delayed. In this study, the applicant focuses on a fugus-version TET enzyme (CcTET) that was previously discovered by our group from Coprinopsis cinerea. The applicant has solved the crystal structures of CcTET and CcTET-5mC-DNA complex, and elucidated the DNA recognition mechanism of CcTET. The applicant will further design and screen CcTET mutants that either can significantly enhance its oxidation activity or produce single oxidation product, and uncover the selective and catalytic mechanisms. This work will provide new chemical biology research tools for functional study against human TET and DNA demethylation, and lay the preliminary theoretical foundation.
DNA甲基化-去甲基化动态平衡是生命体进行基因调控的关键途径,其中DNA主动去甲基化主要利用双加氧酶TET对5-甲基胞嘧啶(5mC)逐级氧化来实现。系统性阐明Tet家族酶系的底物识别和去甲基化催化分子机制对于理解DNA甲基化-去甲基化动态调控具有重要研究意义。本项目围绕课题组前期在真菌中发现的双加氧酶CcTET为研究TET生物功能的化学生物学模式工具,阐明了CcTET对核酸修饰5mC和6mA底物识别和选择性催化的分子机制,已完成项目预期目标。在CcTET蛋白识别和催化dsDNA 5mC去甲基化研究中,通过获得CcTET蛋白-dsDNA 5mC复合物蛋白晶体结构,发现CcTET相较于其他Tet家族酶系,Asp337通过水链与5mC四号位的氮原子形成氢键相互作用是识别5mC碱基底物的关键。除此之外,申请人发现CcTET蛋白具有显著催化dsDNA 6mA去甲基化活性,并选择性识别dsDNA上的C-6mA-G motif。通过CcTET-6mA-dsDNA复合物结构解析发现其通过三个家族中不保守的loop区域和活性口袋中的两个关键氨基酸(G331和D337)特异性识别双链DNA。结合蛋白结构分析和定向进化技术,筛选并获得了具有单一催化6mA活性的工具酶CcTET D337F。这两部分工作系统性揭示了CcTET对dsDNA 5mC和6mA两类底物的区分性精准识别分子机制,为研究人类TET酶的分子机制和DNA去甲基化的生物功能提供新的化学生物学研究工具。在本项目的资助下,申请人在Nature Chemical Biology和Nucleic Acids Research等期刊上共发表SCI文章2篇。
基于多源大数据融合分析的院外心脏骤停急救快速反应体系优化策略研究
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批准号:72074144
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.0万元
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批准年份:2020
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负责人:张琳
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依托单位:
GPIb-IX-V受体介导动脉血栓形成的调控机制及其抑制剂研究
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批准号:81800129
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:21.0万元
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批准年份:2018
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负责人:张琳
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依托单位:
血红细胞NAD+水平对心肌梗死病人预后的影响及相关调控机制研究
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批准号:81703303
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2017
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负责人:张琳
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依托单位:
慢病毒载体介导在造血干细胞红系分化过程中特异性表达高凝血活性FIX蛋白治疗血友病B
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批准号:81470012
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项目类别:面上项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2014
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负责人:张琳
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依托单位:
国内基金
海外基金