光感蛋白隐花色素之构象动力学与功能机理的单分子研究

Cryptochrome is a mysterious blue-light sensing protein which mediates circadian cycles in bacteria, animals, and plants. More intriguingly, this protein has been found to be involved in insects' ability to sense earth's magnetic field and recognize directions. Recently, scientists have made significant progress in understanding the tertiary structure and biochemical mechanism of this protein. Nevertheless, exactly how this protein molecule executes such diverse and intricate tasks is still mostly unknown to scientists. One of the prevalent hypotheses is that cryptochrome undergoes conformational remodeling upon the excitation of blue-light, which initiates the signaling cascade for its function. Single-molecule FRET (F?ster-type Resonance Energy Transfer) experiments and bioinformatics calculations are perfect tools to study the conformational dynamics of biological macromolecules like proteins. We aim to decrypt the working principles of cryptochrome by state-of-art single-molecule time-resolved fluorescence measurements and advanced bioinformatics techniques. The results of this study will answer some of the most fundamental scientific questions involving how animals and plants are affected by day light and earth's magnetic fields.

隐花色素是一种神奇的、主管动植物生物钟韵律的蓝光感应蛋白。更加有趣的是，隐花色素被证实与鸟类和昆虫的地磁感应导航能力有直接关系。近期内，研究者们在隐花色素的三级结构与生化机理方面都得到了更多的认识。例如广为接受的一个假设是隐花色素在受到蓝光激活后透过构象变化来传递执行功能的讯号。但是我们对此蛋白分子如何执行如此多样与特殊的功能仍然所知甚少。单分子荧光共振能量转换实验与生物信息学计算是研究生物大分子（如蛋白质等）的强大工具，为研究隐花色素提供了一个理想的手段。在此项目中，我们预期使用先进的单分子时间解析荧光实验与生物信息学手段来探索隐花色素的功能机理。此课题的成果可以解答关于动植物是如何受到日照与地磁场的影响方面的一些基础科学问题。

隐花色素作为一种黄素类蛋白，能够感应蓝光以调节生理时钟的节律。近期内，由于隐花色素被证实与昆虫和小动物的地磁感应导航能力有直接关系，使其再度成为研究热点。我们利用单分子荧光方法来深入探讨蓝光是如何开启隐花色素多样化功能的分子开关，尤其是着重在于功能息息相关的羧基端结构域方面。单分子荧光共振能量转换实验验证了我们研究的藻类隐花色素在感应了蓝光之后发生了大规模的羧基端构象变化以及自体的二聚化。我们进一步利用生物信息学计算找到了隐花色素的互作对象，并且利用pull-down以及单分子荧光方法验证了此种相互作用是受到蓝光诱发的。在此项目中，我们预期使用先进的单分子时间解析荧光实验与生物信息学手段来探索隐花色素的功能机理。本项目的成果可以解答隐花色素在受到蓝光激活之后信号转换不同阶段时的功能机理。