用单分子方法研究G-四链体DNA/RNA解旋酶的作用机理

基本信息
批准号:11574252
项目类别:面上项目
资助金额:73.00
负责人:奚绪光
学科分类:
依托单位:西北农林科技大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:傅晶,杨彦涛,赵爱国,刘娜女,武文强,陈伟飞,戴阳雪
关键词:
磁镊G四链体解旋酶FRET单分子
结项摘要

G-quadruplexes (G4) are highly compact nucleic acids structures formed by Guanine-rich DNA or RNA that fold into a four-stranded conformation. G4 DNA is distributed in gene promoters and chromosome telomere regions while G4 RNA is in messenger RNA and telomere RNA produced by gene and telomere transcription. G4 structures play important roles in the maintenance of telomere stability and regulation of gene expression. Examining G4 structures and their regulation helps our further understanding of cancer and aging. In cells, G4 structures are controlled timely and spatially by a series of highly specific helicases. It is challenging to study G4 unfolding mechanisms by these helicases and the relevant studies are at the very early stage. In this project, we plan to use an advanced single molecule approach, especially the conjugation of magnetic tweezers and single molecule FRET, to study the detailed unfolding mechanisms of several important G4 DNA, RNA helicases. Questions will be examined include how those helicases recognize G4 structures specifically, how helicases translocate on G4, what their oligomeric states and the intermediates of G4 unfolding are, and how ATP functions in regulation of molecular motors et al. We will also compare the differences between G4 DNA and RNA unfolding. Our study will help further understanding of the physical properties and biological functions of G4, and benefit the G4 targeted anti-cancer drug design.

G-四链体是由富含鸟嘌呤的DNA、RNA序列折叠成的具有四条链的高级致密核酸结构。G4 DNA广泛存在于基因启动子和染色体端粒,G4 RNA存在于转录产生的信使RNA和端粒RNA,对端粒的稳定和基因表达起重要调控作用。对G4调控机理的认识将有助于对癌症和衰老现象的理解。在细胞内,高度稳定的G4结构是如何由特异的解旋酶在特定时空状态下来调控的,是一个极具挑战性的研究。G4解旋酶调控的分子机理方面的研究才刚刚起步。在本项目中,我们将借助先进的单分子生物物理手段,特别结合我们发展的单分子磁镊和单分子荧光耦合技术,研究几类重要G4 DNA、RNA解旋酶的微观工作机制,包括酶如何识别G4,酶的移动方向、多聚状态、G4解旋中间过程、ATP驱动的分子马达调控等,并对比G4 DNA和RNA在解旋机理上的差异。本项目的实施,对理解G4结构的物理学基础和生物学功能,推动以G4为靶点的抗癌药物设计具有重要意义。

项目摘要

G-四链体是由富含鸟嘌呤的DNA、RNA序列折叠成的具有四条链的高级致密核酸结构。G4 DNA广泛存在于基因启动子和染色体端粒,G4 RNA存在于转录产生的信使RNA和端粒RNA,对端粒的稳定和基因表达起重要调控作用。对G4调控机理的认识将有助于对癌症和衰老现象的理解。在细胞内,高度稳定的G4结构是如何由特异的解旋酶在特定时空状态下来调控的,是一个极具挑战性的研究。G4解旋酶调控的分子机理方面的研究才刚刚起步。.在本项目中,我们借助先进的单分子生物物理手段,特别结合我们发展的单分子磁镊和单分子荧光耦合技术,用单分子方法研究G4 DNA结构的折叠和去折叠动力学,证实了G4 DNA 折叠中间态G-triplex和G-hairpin的存在,最终提出人类端粒DNA结构的多路径折叠机制;发现同一个ScPif1蛋白在解旋G4后坐在ss/dsDNA岔口处,在G4反复形成的过程中,重复性的解旋G4结构。同时发现,Pif1先后两步打开G4结构,实验证明在此过程中存在稳定的中间态-G3结构。这种重复解旋活性有利于Pif1打开后续形成的G4结构,修复停滞的复制叉;系统分析了Pif1解旋酶解旋G4作用特点;进一步从原子尺度上阐释了Pif1家族解旋酶的解旋模式,并深入发掘出了经典物种酿酒酵母ScPif1中参与解旋调控的全新结构域;提出了RHAU解旋G4结构的机制为“主动-被动”解旋机制,即RHAU结合G4后可以使G4结构变得不稳定,之后通过消耗ATP的主动解旋过程使得G4结构彻底打开。.本项目的实施,对理解G4结构的物理学基础和生物学功能,推动以G4为靶点的抗癌药物设计具有重要意义。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

肥胖型少弱精子症的发病机制及中医调体防治

肥胖型少弱精子症的发病机制及中医调体防治

DOI:10.16368/j.issn.1674-8999.2018.12.569
发表时间:2018
2

外泌体在胃癌转移中作用机制的研究进展

外泌体在胃癌转移中作用机制的研究进展

DOI:10.12354/j.issn.1000-8179.2021.20201763
发表时间:2021
3

基于MCPF算法的列车组合定位应用研究

基于MCPF算法的列车组合定位应用研究

DOI:
发表时间:2016
4

萃取过程中微观到宏观的多尺度超分子组装 --离子液体的特异性功能

萃取过程中微观到宏观的多尺度超分子组装 --离子液体的特异性功能

DOI:10.7538/hhx.2022.yx.2021092
发表时间:2022
5

长链基因间非编码RNA 00681竞争性结合miR-16促进黑素瘤细胞侵袭和迁移

长链基因间非编码RNA 00681竞争性结合miR-16促进黑素瘤细胞侵袭和迁移

DOI:
发表时间:2021

奚绪光的其他基金

相似国自然基金

1

用单分子方法研究G-四链体DNA结构稳定性和解旋机制

批准号:11304252
批准年份:2013
负责人:侯锡苗
学科分类:A2013
资助金额:30.00
项目类别:青年科学基金项目
2

G-四链体DNA与石房蛤毒素相互作用机理研究

批准号:21504021
批准年份:2015
负责人:郑斌
学科分类:B0503
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
3

单分子水平研究G-四链体RNA的结构动力学及其与eIF4A的相互作用

批准号:31800644
批准年份:2018
负责人:武文强
学科分类:C0502
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
4

G-四链体DNA的小分子配体对基因表达调控的分子机制研究

批准号:90813011
批准年份:2008
负责人:黄志纾
学科分类:B0702
资助金额:50.00
项目类别:重大研究计划