细胞拥挤环境下蛋白质五级作用的核磁共振研究

The concentration of macromolecules can reach 300 to 400 g/L. Studies have shown that the crowded cell environment can change protein folding, stability, and protein-protein interactions to affect its function. But, the detailed mechanism is not clear. In this project, we will use NMR methods to study the weak quinary interactions between a model protein GB1 and the cell environment. We will firstly detect the quinary interactions in cell and then in cell lysate to identify whether the interactions arise from proteins or DNAs. We will determine the conformation of the transient complex formed by GB1 and a protein/DNA crowder to study the electrostatic and nonelectrostatic contributions to quinary interactions. Meanwhile, we will also measure the GB1 electrostatic property change caused by different crowders to probe the quinary interaction effect on protein electrostatics. Studying of quinary interactions will help understand the protein physiochemical property and function in cell.

细胞内大分子的浓度可以达到300至400g/L。研究表明拥挤的细胞环境可能会改变蛋白质的折叠、稳定性以及蛋白-蛋白相互作用，进而影响其功能。然而细胞环境对于蛋白质性质的影响机制目前并不清晰。本项目试图采用核磁共振技术研究细胞内大分子和模型蛋白质GB1之间的弱相互作用，即蛋白质五级作用。我们将首先检测全细胞环境内的蛋白质五级作用，随后简化体系至细胞裂解液从而确认作用力来源是蛋白质还是DNA，最后在模式蛋白/DNA拥挤下，实现对于GB1和模式蛋白质/DNA瞬态复合物结构表征，确立静电和非静电对于五级作用力的贡献。与此同时，我们将检测不同拥挤环境下蛋白质自身静电的变化，剖析五级作用力对于蛋白质静电性质的影响机制。对于五级作用力的研究将有助于理解细胞内蛋白质的生理化学性质和功能。

细胞内生物大分子和小分子形成拥挤的环境。该细胞环境如何影响蛋白质的折叠、稳定性以及蛋白-蛋白相互作用目前并不清晰。本项目通过发展核磁共振技术方法，研究细胞内大分子和模型蛋白质GB3之间的弱相互作用，探讨该弱相互作用影响蛋白质性质功能的机制。我们首先通过优化蛋白质的表面性质，提高核磁共振信号灵敏度，随后测量了细胞内的蛋白质折叠，发现细胞环境降低折叠速率来使得蛋白结构变得不稳定；随后我们发现细胞环境与蛋白质的弱相互作用可以削弱蛋白质自身的静电相互作用，该相互作用的削弱体现了一定的位点特异性。与此同时，我们还发展了检测蛋白质范德华作用力的技术方法，实现了对分子内的范德华作用力的直接测量；表征了渗透剂分子对于蛋白质氢键、静电以及折叠的影响机制。这些弱相互作用的检测方法将会被用来解析复杂环境下的相互作用机制，进一步理解细胞内蛋白质的生理化学性质和功能。