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结核分枝杆菌类核结合蛋白Lsr2及其相关蛋白的结构和功能研究

结核分枝杆菌类核结合蛋白Lsr2及其相关蛋白的结构和功能研究
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  • 批准号:31128005
  • 批准年度: 2011年
  • 学科分类:生物分子结构测定与功能(C050101) |
  • 项目负责人:刘军
  • 负责人职称:教授
  • 依托单位:北京大学
  • 资助金额:20万元
  • 项目类别:海外及港澳学者合作研究基金
  • 研究期限:2012年01月01日 至 2013年12月31日
  • 中文关键词: 结核分枝杆菌类核结合蛋白;Lsr2;蛋白
  • 英文关键词:Nucleoid Associated Proteins;H-NS;Lsr2;DNA-binding mechanism;AT-hook like

项目摘要

中文摘要

申请人长期从事分枝杆菌相关研究,取得了丰硕的成果:构建了分枝杆菌细胞壁的不对称双层膜分子结构模型,为结核菌天然抗药性和结核菌细胞壁在侵染过程中的作用提供了理论基础。构建了分枝杆菌酸合成的生化模型。发现了数个分枝杆菌抗药性相关基因。首次发现了脂寡聚糖合成相关的基因簇,指出脂寡聚糖同分枝杆菌生物膜合成及侵染性相关。曾经开发改善卡介苗功效的专利技术,通过对不同国家使用的卡介苗的研究,发现了多个对卡介苗临床表现起决定作用的分子,为设计下一代抗结核疫苗提供了指导思想。阐明了两类分泌蛋白同病原分枝杆菌侵染性的关系。通过对Lsr2蛋白的深入研究,确定了其作为一种分枝杆菌中广泛的调控因子的重要地位,并确定Lsr2是第一个在革兰氏阳性菌中被发现的H-NS功能同源体。进一步获得了Lsr2的C端结构域的溶液结构,解释了Lsr2的DNA结合机理。相关文章发表在Science、PNAS、JBC等国际期刊上。

结题摘要

我们前期的工作确定了Lsr2是分支杆菌中一个广泛的调控因子,并且将其鉴定为革兰氏阳性菌中的H-NS功能同源蛋白。我们给出了Lsr2蛋白C端DNA结合结构域的结构并阐明了其DNA结合机理。Lsr2使用了一种类似AT-hook的DNA结合机理,也就是“RGR”形成的loop能够嵌入到DNA的小沟中。Lsr2与H-NS的序列相似度非常低,结构更是完全不同,但在H-NS的C-端保守序列TW[T/S]G[Q/R]GR区中含有Q/RGR序列。 我们使用蛋白质结合芯片实验(PBM)测定了H-NS和Lsr2对不同序列组成的DNA双链的结合能力。结果表明,H-NS和Lsr2在DNA结合的倾向性方面具有显著相关性,H-NS和Lsr2都具有结合高AT含量DNA的倾向,尤其是对连续AT序列具有更强的结合能力。 虽然H-NS 的DNA结合结构域结构在1995年时已经进行了解析,但是结构的质量比较低。我们使用核磁共振技术解析了鼠伤寒沙门氏菌中H-NS的DNA结合结构域高质量的溶液结构。基于核磁共振滴定实验得到的蛋白与DNA的相互作用界面,我们使用HADDOCK软件构建了H-NS蛋白C端DNA结合结构域和DNA的复合体结构模型。结果表明,H-NS中的QGR构成的loop能够嵌入到DNA的小沟中,Gln和Arg的侧链沿着DNA的小沟向相反方向伸展,覆盖约5个碱基左右的范围。我们同时解析了越南伯克氏菌中Bv3F蛋白DNA结合结构域的结构,Bv3F蛋白在序列和三级结构上与H-NS类似,但是具有和Lsr2相同的“RGR”序列。结果也证明Bv3F蛋白也是采取了这种类似AT-hook的结构结合DNA。我们将Q/RGR中的Gln或Arg突变成Ala之后,蛋白与DNA的结合明显减弱,甚至完全丧失。我们使用特异性结合DNA小沟的小分子netrospin可以将蛋白从DNA小沟中竞争下来。这些实验都证实了H-NS具有与Lsr2类似的DNA结合机理,并且这种DNA结合模式在原核生物中是普遍存在的。

评估说明

    国家自然科学基金项目“结核分枝杆菌类核结合蛋白Lsr2及其相关蛋白的结构和功能研究”发布于爱科学iikx,并永久归类于相关科学基金导航中,仅供广大科研工作者查询、学习、选题参考。国科金是根据国家发展科学技术的方针、政策和规划,以及科学技术发展方向,面向全国资助基础研究和应用研究,发挥着促进我国基础研究源头创新的作用。国科金的真正价值在于它能否为科学进步和社会发展带来积极的影响。

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