外膜蛋白-CusC的功能和结构基础

过渡金属离子对于活体细胞是一把双刃剑,它对于每一个活细胞都是必需的,但是当超过必需的过渡金属离子浓度时,过渡金属离子又对细胞产生毒性.大肠杆菌的CusCFBA体系是亚铜离子[Cu(I)]和银离子[Ag(I)]的外排体系,至今,人们对于该体系如何特异性地避免亚铜离子和银离子对细胞的伤害的外排机制不甚了解.本项目主要以X-射线晶体学、分子生物学、同步辐射光源研究大肠杆菌的CusCFBA体系中重要的组成部分-外膜蛋白CusC,在分子水平上阐明外膜蛋白CusC的结构和功能之间的相互关系;解释细菌排出金属离子时,细胞溶质如何与外部环境相关联;解释细菌外排泵的活性机制;为药物设计提供新的靶标,为基于蛋白质三唯结构设计药物提供重要理论依据.对大肠杆菌CusCFBA体系外排泵调控机制进行深入研究,也将有助于设计并研制出能够改变外排泵作用的药物,为解决细菌耐药问题提供新的思路.

利用本项目，本申请者顺利开展和拓宽研究课题。获得广西自然科学基金重点项目和杰出青年项目，广西青年科技奖，培养了结构生物学方面的博士和硕士研究生。研究成果主要发表在国际知名期刊Mol Pharm （医学2区）， Eur.J.Pharm.Biopharm （医学2区）， J. Pharm. Sci （医学3区）， Chemical Biology & Drug Design（生物3区）等； 被Future Medicinal Chemistry （医学3区）邀请撰写Editorial article； 申请2项国家专利。.1.外膜蛋白-CusC的功能和结构基础.（1）目前，还没有真正的外排泵抑制剂市场药物。本项目已培养出外膜蛋白-CusC和外排泵无机药物抑制剂的复合物晶体，且复合物晶体具有较好衍射（4.5埃）。（2）在研究外膜蛋白-CusC的结构过程中，由于外膜蛋白-CusC在包涵体中表达，因此在膜蛋白复性方面积累了许多宝贵经验。（3）有望解析出外膜蛋白-CusC和无机药物抑制剂的复合物晶体结构。基于蛋白复合物结构创制出新型具有自主知识产权的外排泵抑制剂。.2. 重大疾病相关蛋白质的结构生物学研究. 培养出肿瘤迁移的相关蛋白晶体，蛋白晶体衍射达到2.5埃，有望解析出蛋白结构，阐明肿瘤细胞迁移的机制。基于蛋白质结构，充分开发广西丰富的药用资源，理性筛选和优化先导化合物，开发出具有自主知识产权真正的市场药物。.3. 白蛋白-药物复合物的结构生物学研究.利用多学科和前沿技术交叉拓展白蛋白结构生物化学领域。提出以蛋白结构为导向发展载药体系，揭示多种药物如何相互调控之间的结合能力和结合位点；创造性地通过阴离子药物修饰白蛋白IIA区域，使原本不能结合在白蛋白上阳离子药物能够结合IIA区域，为开发白蛋白同时递送多种药物协同治疗疾病奠定基础。提出基于白蛋白设计非甾体抗炎药的前药，成功地利用白蛋白酯酶活性把乙酰柳酸还原为柳酸，导致柳酸结合方式改变，降低原药结合能力，为柳酸在临床运用铺平道路。开创性把白蛋白、白蛋白纳米管和磁性纳米管作为无机药物载体，系统研究不同系列无机药物与白蛋白的结构基础和载药机制以及白蛋白-无机药物复合物的药效行为，取得较好研究基础，部分研究成果已经正在期刊审稿当中。