天花粉蛋白与单核苷酸作用机制的研究

天花粉蛋白(trichosanthin,TCS)是一个Ⅰ型核糖体失活蛋白(Ribosome Inactivating Protein,RIP)。亦是一个能使28SrRNA的4324位腺苷酸水解掉腺嘌呤碱基的N-糖苷酶。晶体结构测定和突变体活性测试,确定了两结构域之间分子表面凹陷区就是它的N-糖苷酶活性口袋,并为结构与功能研究提供了扎实的基础。为探索RIPs的N-糖苷酶作用机制,杨洁等人做了TCS-FMP,TCS-Ade(AMP的产物,腺嘌呤)复合物的晶体结构;Xiong等人做了TCS-NADPH复合物的晶体结构;Ren等人做了αMMC-FMP,αMMC-Ade复合物的晶体结构;Monzingo等     

Q156A天花粉蛋白的晶体结构研究

核糖体失活蛋白（RIPs）是一类具有RNA N-糖苷酶活性的毒蛋白,它水解真核细胞28SrRNA第4324位腺苷酸的N-糖苷键,释放出一个腺嘌吟碱基,使核糖体失活。天花粉蛋白（TCS）是单链核糖体失活蛋白的重要代表。我们早已报道了天花粉蛋白0.173nm分辨率的晶体结构。关于天花粉蛋白结构与功能关系的深入研究,已经发表了天花粉蛋白与底物类似物的复合物晶体结构。我们还对一些保守残基的突变体进行了研究,其中R22LTCS和Y14F TCS的晶体结构已经测定,Arg22和Tyr14是位于活性口袋外,但与活性口袋又有密切联系的保守残基,其侧链形成的氢键也十分保守。在TCS晶体结构中还有一类保守残基形成的氢（盐）键也是十分保守的,它们是处于活性口袋之内的残基形成的,如Q156的NH_2与E189的OE2,Y111的OH与E160的OE2,R122的NH_2与E189的OE1等。为了探讨活性口袋内这些保守氢键对活性部位构象和活性的影响,我们用基因定位突变方法,把保守残基     

核糖体被RNA N-糖苷酶失活以后的活力恢复

核糖体失活蛋白(RIP)是一类专一作用于核糖体RNA(rRNA)而抑制蛋白质生物合成的核毒素(Ribotoxin),其作用机理可分为核酸水解酶(如α-sarcin)及RNA N-糖苷酶两种类型(如Ricin A-链)。在大鼠肝核糖体28S RNA的4786个核苷酸中,RNA N-糖苷酶     

水稻中一种RNA结合蛋白cDNA的筛选和结构分析

植物叶绿体基因组全结构的阐明,已充分揭示该遗传体系兼有原核生物和真核生物基因组的特征。在叶绿体基因中,除存在一些内含子结构外,还具有像rpl12这样复杂的分割式基因。同时,不同基因的转录速度也存在着显著的差异。这些都意味着叶绿体基因在转录后必然有着复杂的剪接加工过程。RNA结合蛋白是一类在RNA加工中起重要作用的蛋白。Li等首次从烟草叶绿体中分离到与RNA转录直接相关的RNA结合蛋白,并且证明它们是由细胞核编码,在细胞质中合成后再输入到叶绿体中去的。至今,已从烟草、菠菜以及拟南芥菜等植物中发现了约10种核编码的叶绿体RNA结合蛋白,它们有类似的构造特征。我们从水稻cDNA文库中首次筛选到一个RNA结合蛋白(cp28)的基因,其相应的肽链由264个氨基酸组成。和其他叶绿体RNA结合蛋白相仿,它也包含有两个RNA结合结构域(称为consensus sequence-type RNA-binding domain,即CS-RBD),其中各含有一个由8个氨基酸组成的高度保守的一致顺序(ribonucleoprotein consensus sequence,即RNP-CS)。N端区域的传送肽(穿膜信号肽)由60个氨基酸组成,其后是一段负电荷十分集中的酸性肽段,但传送肽和酸性肽段的氨基酸顺序与其他植物的RNA结合蛋白的同源性很低。根据全长肽链的同源性比较,我们还分析了水稻cp28     

寨卡病毒非结构蛋白NS5的结构与功能研究进展

寨卡病毒(Zika virus, ZIKV)是黄病毒科黄病毒属重要成员,因其能引起小头症、格林-巴利综合征等严重神经疾病引起了全球的关注. NS5蛋白是其基因组编码的最大非结构蛋白,主要包括N端的甲基转移酶MTase(methyltransferase)结构域和C端的RNA依赖的RNA聚合酶RdRp(RNA-dependent RNA polymerase)结构域. NS5蛋白是一个多功能蛋白,不仅负责病毒基因组的复制和加帽过程,而且参与调控宿主的多种天然免疫反应.鉴于其具备重要的生物学功能, NS5蛋白被广泛认为是抗病毒药物设计的重要靶标.近年来,寨卡病毒NS5蛋白的高分辨率结构被成功解析,其生物学功能的研究也取得了重要突破,本文就相关领域的最新进展作一简要综述.     

分选链接蛋白家族研究进展

分选链接蛋白(sorting nexins,SNXs)是一类含有吞噬细胞氧化酶同源性结构域(Phoxhomology domain,PX domain)蛋白的统称,在哺乳动物中有33个成员,其PX结构域易与定位于早期内涵体的磷脂酰肌醇-3-磷酸(phosphatidylinositol-3-phosphate Ptd Ins(3)P)结合,参与蛋白跨膜过程中货物分子接头蛋白与膜锚定蛋白的结合等蛋白间的相互作用,故SNXs在细胞内吞、蛋白分选、细胞信号转导、膜运输、膜重塑和细胞器运动等方面均起重要作用.不同SNXs尚含差别较大的其他结构域,据差异结构域的不同,可进一步分为3大类.其中某些成员参与肿瘤、阿尔茨海默症、神经疾病和心脏病等人类重大疾病的发生.本文概述其发现、基因定位、结构、分类、功能及相关疾病等的研究现状,并展望其相关动向.     

人红细胞带3蛋白结构域间的通讯

带3蛋白(Band 3)是人红细胞膜上的主要蛋白质,具有阴离子转运的功能.它是目前被研究得最广泛的膜蛋白之一.从结构上看,Band 3可分成两个结构域.其中膜结构域负责其阴离子转运功能,而细胞质结构域则与细胞膜骨架蛋白(如锚蛋白ankyrin等)相联从而起到稳定膜骨架的作用.尽管细胞质结构域对于Band 3膜结构域的阴离子转运功能并不是必需的,然而最近有些证据表明这两个结构域之间可能存在一定的联系,但迄今为止人红细胞Band 3两个结构域之间通讯的分子机制和结构基础仍不清楚.     

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.     

天花粉蛋白中第120～123位氨基酸区域在表现生物活性中的重要作用

天花粉蛋白(Trichosanthin,TCS)是一种从葫芦科植物括楼根中提取的类型Ⅰ的致真核生物核糖体失活的蛋白.它在动物和人体中的作用具有对妊娠妇女的中期引产和抗人免疫缺失病毒(HIV)复制的生物活性.它的蛋白质的一级结构、空间构型和基因顺序均已阐明.通过对TCS氨基酸顺序的亲水性分析,得知其分子结构上分布着4个主要的亲水性区域,其中从第119～124位氨基酸这一区域又与其它2个从葫芦科植物中抽提出的单链RIP蛋白(即α-苦瓜蛋白(AMMC)和丝瓜蛋白(LUFA))具有高度的同源性,三者的同源率达89%.     

巴西固氮螺菌GlnB与NifA蛋白N端结构域的相互作用

巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilense)可与多种重要作物联合固氮, 具有作为生物肥料的潜能. 固氮基因(nif)的转录激活蛋白NifA和PⅡ信号转导蛋白家族成员GlnB是参与该菌固氮调控的两个关键蛋白, 且NifA的活性调控依赖于GlnB. 研究结果表明, 在无氮条件下GlnB与NifA蛋白N端结构域存在相互作用, 且N端18和53位酪氨酸突变为苯丙氨酸的NifA与GlnB的互作增强. 研究还发现, NifA蛋白N端66~88位和165~176位氨基酸区域对于与GlnB蛋白的相互作用是必需的.     

埃可病毒11型利用双受体CD55和FcRn侵染细胞的分子结构基础

埃可病毒11型属于小RNA病毒科,肠道病毒属,是B族肠道病毒中的一个重要血清型.埃可病毒11型可导致儿童和青少年脑炎和脑膜炎等疾病,在婴儿和新生儿中导致重症感染甚至致命的病例也时有报道.此外,埃可病毒11型还多次在新生儿和婴幼儿群体中引起暴发性感染,如2019年中国广东省发生的院内感染暴发事件,造成了19例新生儿的感染和5例死亡,严重威胁人类健康和公共卫生安全. CD55是20世纪90年代初发现的部分埃可病毒的吸附受体,该受体可以帮助病毒吸附在细胞表面,但并不能介导病毒完成完整的入侵过程.我们在2019年的研究中,发现了人新生儿Fc受体(neonatal Fc receptor, FcRn)是B族肠道病毒的通用脱衣壳受体,并以埃可病毒6型为例解析了病毒入侵机制.本研究利用冷冻电子显微镜技术,解析了埃可病毒11型在入侵过程中不同pH条件下各阶段的病毒颗粒结构,以及病毒与两受体的复合物,共10个原子或近原子水平高分辨率冷冻电子显微镜结构,并结合表面等离子共振(surface plasmon resonance, SPR)和脂质体模拟试验等分子水平试验,系统地阐述了埃可病毒11型利用CD55和FcRn"双受体系统"入侵细胞的分子机制.埃可病毒11型利用其VP2、VP3结构域与吸附受体CD55的3、4两个短同源重复(short consensus repeat, SCR)结构域结合,结合后病毒颗粒不发生变构.病毒与脱衣壳受体Fc Rn结合之后,开始发生变构,并可在脂质体膜的辅助作用下释放遗传物质完成脱衣壳.与埃可病毒6型不同的是,埃可病毒11型结合FcRn之后在中性条件下即可起始变构.本项研究解析了重要病原埃可病毒11型侵染细胞的分子结构基础,并进一步完善了非囊膜病毒的"双受体"入侵模型.     

CRISPR/Cas工具的开发和应用

CRISPR/Cas系统是细菌、古菌抵抗外源DNA或RNA入侵的免疫系统,细菌和古菌通过crRNA和Cas蛋白识别靶标DNA或RNA,并切割这些外源入侵核酸.目前, CRISPR/Cas系统已广泛应用于基因编辑领域,多种Cas蛋白的发现扩宽了CRISPR/Cas编辑基因的范围.如Cas9和Cas12可在基因组上靶向插入或删除DNA序列; Cas13和RCas9可靶向切割RNA.另外,多种Cas衍生工具的开发让CRISPR/Cas系统发挥更多的功能.如基因编辑方面,通过base editor可进行DNA单碱基编辑,通过prime editor可进行DNA单碱基编辑和小片段插入缺失;如基因表达调控方面,通过CRISPRa和CRISPRi可以激活或抑制基因RNA表达.同时, CRISPR/Cas系统还广泛应用于功能基因遗传筛选、基因检测、活体成像、细胞谱系示踪等多个领域.随着CRISPR/Cas基因编辑工具的不断开发,将不断促进科学研究进展,并有望通过CRISPR/Cas介导的基因治疗为患者带来福音.     

Jembrana病毒LTR上的AP-4应答元件

通过反义转译实验和凝胶电泳迁移率变动分析, 证实在牛肺细胞中AP-4蛋白可与JDV LTR上的AP-4应答元件直接结合. 对AP-4应答元件进行的一系列定点与盒式诱变证明, JDV LTR上CAGCTG(-65 ~ -60) 6个碱基可能为AP-4的识别序列, 并且每个碱基在AP-4蛋白与DNA结合过程中所起作用的重要程度不同, 当前两位碱基突变为GC时, 对JDV LTR表达功能影响非常明显.     

A至I RNA编辑: 遗传信息修饰的新机制

A至I RNA编辑(A-to-I RNA editing)是一种遗传信息修饰机制, 是基因调控在转录后水平发生的另一重要事件, 也是对分子生物学理论的重要补充. A至I RNA编辑酶可催化转录初产物RNA前体(pre-RNA)中特定部位的腺苷转变成肌苷, 从而产生新的遗传密码, 是蛋白质分子多样性发生的重要机制之一. 研究发现, 哺乳动物体内已知的几种A至I RNA编辑底物均编码具有重要功能的蛋白质, 其编辑变化可引发相应疾病, 提示A至I RNA编辑缺陷可能与多种疾病的发生相关. 由于目前明确的A至I RNA编辑的底物较少且均局限于中枢神经系统, 寻找更多新的受ADARs调控的下游基因, 并对其功能进行研究, 将有助于阐明A至I RNA编辑的生理和病理意义, 并将对分子生物学理论作出重要补充     

突触结合蛋白Ⅰ的C2结构域与脂筏微区的作用

报道了突触结合蛋白Ⅰ的C2结构域可以和细胞膜的脂筏结合. 研究结果证明, 目标膜上的 PIP₂和Ca²⁺是促进C2结构域和脂筏结合的关键因子. 研究还发现, 单独的C2A和C2B结构域也可以和脂筏结合, 说明C2A和C2B与脂筏的结合作用可能是互为补充的. 研究表明, 破坏脂筏或阻止突触结合蛋白Ⅰ与脂筏结合都可以显著地减少谷氨酸的释放. 研究提示, C2结构域与脂筏的结合可能在Ca²⁺的调节神经递质释放中起重要作用.     

DNA坐彗星来地球

对一块已有45亿年历史的澳大利亚陨石的新研究表明,地球生命的一些原材料很可能起源于太空。科学家在这块陨石中发现了有机分子鸟嘌呤和黄嘌呤,同时证实了它们不可能是在地球上形成的。这两种分子都属于碱基,而碱基是DNA的前身,DNA则是地球上生物体的基因指令。鸟嘌呤和黄嘌呤还可能是RNA的基石,RNA则为生物体制造蛋白质。     

四膜虫的一个RNA插入序列的自拼接和酶促活性（下）

环状RNA分子在研究分离的细胞核内Pre-rRNA拼接反应的同时,我们还探索以后拼接现象;在分离的四膜虫核中切除的IVS RNA转变成一个环状RNA分子.经蛋白酶和各种变性剂处理后,环状形态得以幸存意味着它是一个共价闭合的RNA环链.当Paula Grabowski(当时我的一位研究生)鉴定环化反应特征时发现,在简单的MgCl_2缓冲溶液里,它的出现伴随着RNA在很大程度上的脱蛋白作用.当时,我把她的无蛋白环化作用的原始观察结果看成是一种线性RNA不完     

从人到线虫的RNAa现象

RNA干扰(RNAi)原理的发现,使人们认识到小RNA-Argonaute通路介导的基因调控总是负性的,即导致基因表达沉默.2006年RNAa(RNA activation)现象的发现颠覆了这一看法,也引发争议.RNAa首先发现于人等哺乳类细胞,是由靶向基因启动子的、小RNA指导的RNAArgonaute通路对基因转录/表观遗传的正性调控.在RNAa过程中,小RNA与Argonaute蛋白形成RNA-蛋白复合物并进入胞核,与染色体上的靶位点结合,导致靶位点的组蛋白修饰等表观遗传的改变从而在转录水平激活基因表达.最近多项在线虫中的研究显示,线虫内源性22G-RNA指导Argonaute蛋白CSR-1在表观遗传水平促进内源性基因表达,以及微小RNA介导的RNAa,从而确立了RNAa是一种至少从线虫到人细胞进化保守的细胞机制,并揭示了小RNA基因调控通路的复杂性和功能多样性.     

SARS相关病毒(BJ01株)的全序列及其比较分析

严重急性呼吸综合征(SARS)是一种新发现的急性传染病. 对一株已确认为SARS病原体的冠状病毒(BJ01)进行了全基因组序列测定, 并与其他已知病毒进行了比较分析. 该病毒基因组全长为29.725 kb, 含11个可读框(ORFs), 由1个稳定区和1个可变区组成, 其中稳定区编码RNA依赖性RNA聚合酶, 包括两个ORFs；可变区含有4个蛋白质编码序列(CDSs), 分别编码病毒的4个结构蛋白(S, E, M, N蛋白). 此外, 可变区还包括5个非典型的预测蛋白(PUPs). 此病毒基因的排列顺序与其他已知的冠状病毒一致. 通过与已知RNA病毒的序列比对, 可以确认该病毒属于冠状病毒科(Coronaviridae). 与GenBank中已知的5个SARS相关病毒全基因组序列的比较分析显示, 已在30个核苷酸位置上检出序列差异, 总体突变率为0.1%, 其中15个变异位点在编码区, 可能会导致蛋白质的氨基酸改变(异义突变). S蛋白中已发现3处可能引起该蛋白质物化特征变化的变异, 而该蛋白质可能参与病毒与宿主间的免疫反应. 与病毒包膜形成相关的M蛋白中则已发现两处氨基酸变化. 进化分析表明, SARS病毒可能不是来源于人类, 但没有证据证明是人为制造的. 为了阐明SARS相关病毒的病因学以及排除其他可能的SARS病原体的存在, 仍需进行更深入的研究.     

Bd-BH3结构域短肽对线粒体PTP的作用及其机制

在细胞凋亡过程中,线粒体通过释放促凋亡因子对细胞凋亡进行调控.而促凋亡因子的释放主要是由Bcl-2家族成员相互作用来调控的.Bcl-2家族成员在线粒体中的主要作用位点是内外膜接触点上的膜透过性转运孔(PTP).应用体外方法来探讨促凋亡蛋白Bid的BH3结构域短肽对线粒体及其PTP的作用.实验发现促凋亡蛋白Bid的BH3结构域短肽能作用于线粒体PTP,引起线粒体肿胀、跨膜电位下降和细胞色素c释放;而突变的Bid-BH3结构域短肽因为不能与抑凋亡蛋白Bcl-xL结合而没有上述作用.此外,Bcl-xL和环胞菌素A(CsA)能抑制Bid-BH3短肽引起的线粒体膜通透性改变.以上结果说明.Bid-BH3短肽通过作用于线粒体PTP而使得线粒体膜通透性改变,可能通过Bid-BH3与Bcl-xL的结合并抑制Bcl-xL的抑凋亡进而实现促凋亡作用,对合成的Bid-BH3短肽促凋亡作用的研究,为将来研究细胞凋亡调控药物提供了基础.