应用核磁共振波谱技术研究蛋白质相互作用

从结构生物学角度研究蛋白质与蛋白质相互作用十分重要. 核磁共振波谱技术是目前结构生物学的主要研究方法之一, 该方法具有其他技术所不可替代的重要作用. 核磁共振波谱技术可以在接近生理条件下研究蛋白质相互作用, 特别适合研究瞬时存在的动态复合物. 该技术是少数几种能够提供无结构或有部分结构的蛋白质以及蛋白质折叠过程等多方面信息的方法. 核磁共振波谱技术还可以在多种时间尺度下提供蛋白质的动力学信息. 本文以中国科学技术大学生物核磁共振波谱实验室的研究实例对上述观点进行阐述.     

大规模蛋白质相互作用数据的分析与应用

蛋白质相互作用在生命活动中起着重要的作用. 目前已开发出几种实验和计算方法能够得到大规模蛋白质相互作用数据. 但是, 与传统的实验结果相比, 蛋白质相互作用大规模数据中存在着比例较高的假阳性. 为了能够充分利用这些数据, 需要建立生物信息学方法对这些数据进行系统的评价, 进而提高数据的可信度, 并从中挖掘出有价值的生物信息. 本文对目前蛋白质相互作用大规模数据的计算分析和应用进行了总结, 包括蛋白质相互作用数据评估方法、与蛋白质其他信息的关系以及在生物学研究中的应用, 并提出了开发分析和挖掘蛋白质相互作用数据工具的主要方向, 以期有助于这些数据的研究和应用.     

压力对兔网织红细胞蛋白质无细胞合成系统活力的影响

诸多研究表明,在生物大分子的相互作用中,很多过程都伴随着体积的变化,如蛋白亚基结合成寡聚蛋白、蛋白和核酸结合成复合物均是一个体积增大的过程.体积增大主要源于:(1)在上述过程中,寡聚蛋白或复合物的亚基间形成dead space.(2)形成盐键.(3)疏水基团之间的相互作用.从勒夏特利原理可推知,若对上述平衡体系施加一定的压力(hydrostatic pressure),就可改变原有平衡状态,使上述“结合”向相反方向进行——解离,而且实验已证明,在压力小于3000bar时(1bar=1.02kg/cm~2),单链蛋白仍能保持原有构象而不发     

一种改进的研究蛋白质-蛋白质相互作用的平均势方法

在原子水平上发展了一种距离相关的用于研究蛋白质-蛋白质相互作用的平均势(potential of mean force, 简称PMF)方法. 与传统理论模型相比, 我们的模型考虑了蛋白质系统的复杂环境因素. 这种改进使得该模型能够给出物理上更合理和准确的势函数形式. 得到这样的势函数是正确描述蛋白质结构及相互作用的前提条件. 而且借助于改进后的方法, 还可以对蛋白质中残基相互作用的空间拓扑规律进行研究. 期望这种改进将促进平均势方法在蛋白质科学其他领域, 如蛋白质折叠识别, 结构预测及热稳定性预测中的应用和发展.     

膜蛋白靶向降解技术研究进展

膜蛋白是细胞间相互作用的主要参与者，在信号传导、分化增殖、应激响应等生命过程中均扮演着重要的角色。传统小分子抑制剂与抗体分别通过抑制和阻断膜蛋白与其配体之间的相互作用来发挥作用，但往往存在抑制不彻底或诱发耐药性的问题。新兴的蛋白质靶向降解技术为药物发现提供了全新思路，通过在溶酶体或蛋白酶体中特异性降解目的蛋白，使其彻底丧失蛋白质功能，极大地拓展了成药范围。文章简要讨论了近年来膜蛋白靶向降解技术的研究进展，并展望这些技术在临床治疗中的广阔应用前景。     

飞秒激光二维红外光谱

近年来出现的飞秒激光二维红外(2D IR)光谱技术具有以飞秒时间分辨率测定凝聚相分子动态结构的潜力. 时间分辨率取决于飞秒激光的脉冲宽度, 分子结构信息存在于二维谱的对角峰和非对角峰中. 本文较为全面地论述了2D IR的基本原理, 介绍了2D IR的发展历史以及最新动态, 特别是近年来2D IR在蛋白质及多肽的结构和动力学方面的代表性研究结果; 并以蛋白质酰胺-Ⅰ带为例, 着重探讨了一维和二维红外光谱模拟所用的振动激子模型, 以及量子化学从头计算、分子动力学模拟在激子模型和光谱模拟中的应用. 还简单介绍了偏振光的调控在二维红外光谱学中的用途以及存在的一些实际问题, 也介绍了同位素取代, 特别是碳-13取代在多肽结构的2D IR表征中的有效性, 并分析了水溶液中多肽局部动态结构研究的一个实例. 最后, 提出了2D IR的一些基础研究方向和应用研究方向以及有待解决的一些技术问题.     

蛋白质翻译后修饰在蛋白质-蛋白质相互作用中的调控作用

蛋白质-蛋白质相互作用是蛋白质发挥功能的主要机制之一,在DNA损伤修复、自噬和代谢等过程中都扮演着非常重要的角色,蛋白相互作用异常便会导致肿瘤等疾病的发生.在蛋白质的赖氨酸、丝氨酸和苏氨酸等氨基酸残基上,可发生甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化等200多种翻译后修饰,这些修饰通常能改变蛋白质的电性、疏水性和空间结构等属性,为与之结合的蛋白提供结合的锚定或产生位阻效应,像一把开关在时空上精确调控蛋白质-蛋白质相互作用的发生以及动态变化.结构研究表明,蛋白质之间的相互作用通常由临近的几个氨基酸残基直接结合,替换该区域的氨基酸残基,通常能破坏结合,使其失去部分功能或酶活性,可以针对性地开发和设计抑制剂或激活剂,用于肿瘤等疾病的治疗.本文简要介绍了蛋白质翻译后修饰在蛋白质-蛋白质相互作用中的调控作用,以及发挥的重要生理功能.     

蛋白质剪接在蛋白质研究和蛋白质工程中的应用

蛋白质剪接(protein splicing)是由蛋白质内含子介导的在蛋白质水平上翻译后的加工过程。蛋白质内含子(intein)是指前体蛋白中的一段插入序列,它在蛋白质翻译后的成熟过程中能自我催化,使自身从前体蛋白中切除,并将其两侧的多肽片段以肽键连接,形成成熟的蛋白质。蛋白质内含子的发现丰富了基因表达和蛋白质翻译成熟过程的理论,而且在蛋白质研究和蛋白质工程中有广泛的应用。本文试图综述蛋白质剪接在蛋白质特异位点标记、蛋白质片段化标记同位素、蛋白质环化、蛋白质芯片、基因治疗等研究中的应用。       

部分交联聚丙烯酰胺用于毛细管凝胶电泳蛋白质分离

以高分辨低黏度可替换的部分交联聚丙烯酰胺作为毛细管凝胶电泳的分离筛分介质, 实现了溶菌酶、细胞色素C、核糖核酸酶A和胰蛋白酶4种碱性蛋白的基线分离. 该聚合物材料具有的动态涂渍能力减少了毛细管壁对蛋白质的吸附, 显著改善了分离重现性. 混合使用两种部分交联聚合物, 分离分辨率和塔板数获得进一步提高. 初步实验研究结合分离机制的解析, 这种具有多种优异性能的部分交联聚丙烯酰胺聚合物材料, 介于交联聚合物凝胶和非交联线性凝胶之间的一个中间状态, 有望在毛细管电泳以及微流控芯片电泳等生物分离领域发挥重要作用.     

耗散粒子动力学方法在生物学领域的应用与研究进展:从蛋白质结构到细胞力学

耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)是近年发展起来的一种介观尺度的数值模拟方法,是研究软物质和复杂流体动力学行为的一种重要手段.这种新型介观模拟方法采用粗粒化粒子模型描述具有关联性的原子团或物质团,并通过简单的软排斥作用力描述粗粒化粒子间的相互作用,从而实现更大时间和空间尺度的复杂系统模拟计算,如油/水/表面活性剂体系、聚合物和胶体溶液的化学形态、微观形貌、相分离以及复杂流体流变特性的模拟等.本文首先介绍了DPD方法的理论框架,继而详细综述了DPD方法在生物系统中的应用.具体地,在分子尺度,我们重点介绍了该方法在蛋白质结构及其相互作用、两亲性脂质分子膜的结构与动力学、脂质膜与蛋白分子相互作用、纳米颗粒与脂质膜相互作用等方面的研究现状和研究热点.在细胞尺度,我们归纳了DPD方法在模拟血液微循环系统中血细胞的流动和血液流变学行为等方面的应用进展,包括红细胞的变形及流动,白细胞边聚及黏附行为,血小板边聚、黏附及聚集行为,健康与疾病状态下血液流变学特征,循环肿瘤细胞迁移、黏附及分选富集等.此外,我们总结了用于模拟血细胞变形及血液流动的其他数值模...     

转烟酰胺合酶基因甘蓝型油菜盐碱胁迫下叶片蛋白质差异的研究

盐胁迫是危害农作物的主要非生物胁迫之一. 为了能从蛋白质水平揭示盐胁迫下油菜耐盐的分子遗传机制, 采用IEF/SDS-PAGE 双向凝胶电泳技术对转OsNAS1 基因的甘蓝型油菜在碱性盐胁迫下(20 mmol/L Na₂CO₃)的幼叶蛋白进行了分离. 通过银染显色, 获得了分辨率和重复性较好的双向电泳图谱, PDQuest 软件在分子量20~75 kD, 等电点4~7 范围内,发现表达量变化2 倍以上的点有12 个. 对这12 个蛋白质点采用MALDI-TOF-MS 进行肽质谱指纹图分析, 有11 个蛋白点得到了可靠的鉴定, 其中有5 个差异蛋白可能与耐盐性有关,分别是二氢硫辛酸脱氢酶、谷胱甘肽-S-转移酶、过氧化物酶、20S 蛋白酶体?亚基以及核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/氧化酶, 它们参与了物质能量代谢、蛋白质降解以及细胞防卫等过程,推测转OsNAS1 基因的甘蓝型油菜的耐盐性可能与这些生理生化代谢有关. 研究结果为揭示转基因油菜耐盐机理提供了理论依据.     

钩端螺旋体蛋白质相互作用网络预测与系统分析

问号钩端螺旋体是一种致病菌, 能够引起人畜共患病. 该细菌全基因组序列测序的完成, 为从全蛋白质组学的角度分析蛋白质相互作用网络提供了基础. 本研究通过整合4种计算方法(基因融合法、基因邻居法、系统发生谱法和操纵子法)来预测钩端螺旋体赖株蛋白质相互作用网络. 对运动和趋化系统、信号传导系统、脂多糖生物合成以及黏附、侵袭等有关蛋白质之间的相互作用进行了详细分析. 除此以外, 根据蛋白质的相互作用网络以及功能分类, 预测了203个未知蛋白质可能的功能. 这不仅为进一步研究钩端螺旋体赖株的致病机制提供了一个资料, 也为在基因组范围内应用生物信息学方法研究微生物提供了一个实例.     

蛋白质探戈

探秘蛋白质探戈 蛋白质通常不会表现得很温顺——两个蛋白质分子间的相互作用．常常比蛋白质间的锁一钥匙模式更复杂，特别是考虑到在信号蛋白质相互作用时那些正在被形成、断裂和再形成的快如闪电的连接是更是如此。一些关键的信号蛋白质以高度混乱或展开的形式存在，只有当它们遇到它们的分子“舞伴”并与之相互作用，才会折叠成最终的构象。     

t(8;21)相关急性髓系白血病受累蛋白ETO中NHR3与NHR4结构域的寡聚化

在急性髓系白血病中, t(8;21)染色体易位占12%~15%, 这种易位造成AML1-ETO融合蛋白. 随着AML1-ETO融合蛋白在白血病中发病作用的研究进展, 目前人们对ETO蛋白的功能有了深入的认识. ETO蛋白含有4个与Nervy蛋白同源的结构域(NHR 1~4). 其中NHR1结构域与果蝇TAF110因子同源; NHR2为二聚化结构域, 并能募集mSin3A/HDAC; NHR4结构域含有2个锌指结构, 它在ETO与N-CoR/SMRT/HDAC之间的相互作用中起关键作用. 而有关NHR3结构域的功能尚不清楚. 为了探讨NHR3结构域能否介导寡聚化, 克隆并纯化了该结构域. 通过分子筛凝胶排阻层析、动态光散射分析及晶体溶解后SDS-PAGE电泳, 结果显示NHR3结构域是一个紧密四聚体. 为研究NHR3和NHR4结构域的聚合性, 克隆并纯化了NHR3+4结构域(即NHR3和NHR4结构域). 通过分子筛凝胶排阻层析与蛋白非变性凝胶电泳, 结果表明NHR3+4结构域在溶液中能够形成二聚体. NHR3和NHR4结构域参与寡聚化作用的生物功能可能在于: (ⅰ) 以聚合体的形式募集核共抑制复合物; (ⅱ) 通过NHR2, NHR3和NHR4结构域的共同作用来稳定ETO蛋白的二聚体状态, 从而有利于ETO蛋白稳定募集核共抑制复合物. 这些有关NHR3和NHR4结构域参与寡聚化的功能推测及在白血病中的发病作用非常值得进一步探讨.     

植物F-box蛋白质及其研究进展

在真核生物中，由泛素介导的蛋白降解途径与细胞的分裂、发育、代谢、免疫等许多复杂的生理过程密切相关。F-box蛋白质通过参与SCF复合体的形成介导了泛素化蛋白底物的特异性识别，在其降解过程中发挥关键作用。目前，从拟南芥和金鱼草中发现了多个已知功能的F－box蛋白质，它们分别参与了生长素信号转导、花器官发育、开花和叶片衰老等多种生物学过程。拟南芥全基因组序列分析表明，它可能编码1000多个F－box蛋白质，约占全部预测蛋白质的5％。这些结果说明，F－box蛋白质介导的泛素化蛋白质降解途径可能是植物基因表达调控的一个非常重要的机制。本文主要介绍了SCF复合体和已知植物F－box蛋白质及其生物学功能。     

蛋白质组技术的研究进展

简要介绍目前蛋白质组研究的技术及其进展。蛋白质组研究是对基因组研究的重要补充，它是在蛋白质水平定量，动态，整体性研究生物体，双向电泳是目前唯一分离蛋白质组成分的技术，是其研究的核心，它要求高分辨率和重复性。目前多应用固相ｐＨ梯度技术作为第一向分离蛋白。分离后分析即鉴定技术是其研究的支柱，其中，图象分析依靠计算机为基础的数据处理，定量分析可确定蛋白质的基本属性如等电点和分子量；微量测序如自动化的Ｅｄ     

我国东北地区季节降雪高分辨率数值模拟

利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式,进行了我国东北地区冬季降雪的高分辨率数值模拟,评估了WRF模式对季节降雪的模拟能力,并探讨了模式水平分辨率和物理过程参数化方案对降雪模拟的影响.结果显示WRF模式可以合理地模拟冬季气温和降水的空间分布,模拟结果和观测吻合较好.该模式可以合理地模拟东北地区季节降雪的空间分布和时间演变,显示了该模式较强的模拟性能.水平分辨率和物理过程参数化方案对降雪模拟有重要影响,高分辨率模拟结果更接近观测;相对于积云对流参数化方案,模式对陆面过程和微物理过程参数化方案更加敏感.     

颗粒物动态源解析方法综述与应用展望

颗粒物源解析技术是分析排放源与环境受体间关系的重要方法,也是颗粒物污染控制决策及控制措施评估的重要支撑工具.随着城市和区域空气质量长期持续改善和短期重污染过程应急双向需求的提出,颗粒物源解析技术也在经典方法的基础上逐渐改进,向在线高时间分辨率和复合源解析的方向发展.而颗粒物动态源解析是针对大气污染过程中颗粒物来源进行多时间分辨率动态解析的一种新方法.本文简要总结了实现颗粒物源解析动态化的主要技术途径;针对基于颗粒物化学成分在线观测、基于大气物理模型、空气质量模型等方法的颗粒物动态源解析技术路线进行了综述;总结了各种方法的优势和局限.根据目前的研究和管理需求,结合颗粒物动态源解析技术存在的问题,提出未来方法、模型研究和应用方向.     

FMRP与TDG蛋白的相互作用

脆性Ｘ智力低下蛋白ＦＭＲＰ表达的缺乏可以导致最常见的遗传性智力低下疾病—脆性Ｘ综合征。用酵母双杂交体系筛选与ＦＭＲＰ相互作用的蛋白质，以期通过相互作用的蛋白质研究与ＦＭＲＰ相关的生化途径。从小鼠胚胎ｃＤＮＡ文库中得到一个与ＦＭＲＰ特异相互作用蛋白的ｃＤＮＡ（Ｇｅｎｂａｎｋ号ａｆ１０２８５７）。该ｃＤＮＡ编码的蛋白与人的Ｇ／Ｔ错配ＤＮＡ胸腺嘧啶糖苷酶（ｈＴＤＧ）高度同源通过多种ＦＭＲＰ造反剪接异构体     

小分子蛋白互作调节剂的研究进展

蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interactions, PPIs)是生命活动的基本单元,在所有生物体的生理和病理过程中发挥核心作用. PPI功能的失调是多种疾病的基础,包括癌症、传染病、免疫疾病和神经退行性疾病等,故PPI是非常直接有效的药物作用靶点.然而,对PPI靶蛋白动力学的复杂性、稳定性与PPI结合模式的认知局限导致靶向PPI药物,特别是应用于临床的小分子蛋白互作调节药物(small molecule PPI modulators, smPPIMs)的开发,面临巨大挑战.虽然如此,目前已有部分药物分子成功上市或进入不同的临床研究阶段,证明了该研究方向的可行性,同时也表明,该领域尚存在许多值得探索的机遇.针对以上机遇和挑战,本文讨论了包括分子胶(molecular glues, MGs)在内的4种不同smPPIM调控机制,汇总了常见的smPPIM开发策略,并在介绍目前比较热门的PPI靶点基础上,给出对smPPIM后续研发的展望.