原核生物多功能蛋白trigger factor体内生理作用机制的研究

Trigger factor (TF) is a key component of prokaryotic chaperone network, and plays important roles in many diverse physiological processes, such as nascent chain folding, ribosome assembly and so on. The multifunctionality of TF arises from its unique dragon-shape modular structure containing many patches with different physical and chemical properties on the surface. These patches are regarded as potential functional sites and expected to interact with many proteins or other molecules in cytosol in various manners, enabling TF to be involved in many physiological processes. However, most functional sites of TF, except ribosome binding site and peptidyl prolyl cis-trans isomerase (PPIase) site, are not identified yet, resulting in that the physiological roles of TF and the underlying mechanisms remain unclear. In this project, we will engage in systematically identifying functional sites of TF and dissecting the physiological pathways mediated by TF using omics tools such as transcriptomics, proteomics and phenomoics. Thereafter, we will use isothermal titration calorimetry (ITC), Cryo-EM and other spectroscopic techniques to investigate the interaction between functional sites of TF and the components of TF physiological pathways, in order to elucidate the molecular mechanism underlying physiological function of TF at the level of residue or even atom. Our research will increase our understanding of TF and prokaryotic chaperone network, contributing to reprogramming physiological pathways of E.coli for improving the production of recombinant proteins.

Trigger factor(TF)是原核分子伴侣系统中的重要成员，具有帮助蛋白折叠、调控核糖体组装等众种重要的生理功能。TF的多功能性源自于其所具有的独特龙形分子结构，人们认为TF表面上存在有多个功能位点，这些位点能够以多种方式与众多生物分子发生相互作用，从而赋予TF多样的生理功能。然而除了核糖体结合位点和PPIase位点外，TF的其他功能位点尚未被鉴定出来。因此TF的生理功能及其作用机制目前尚不清楚。本课题拟运用包括转录组学、蛋白组学、表型组学等多种高通量手段致力于TF功能位点的鉴定、TF生理通路的建立等工作；并通过等温量热滴定、电镜等多种分子结构和相互作用研究技术，阐明TF表面上的功能位点与TF通路成员之间的互动关系，从而在残基甚至在原子水平上揭示TF生理功能的作用机制。这些研究将能够提高人们对TF、以及分子伴侣系统运行机制的的认识，有助于对大肠杆菌进行改造，提高外源蛋白表达效率。

Trigger factor(TF)是具有多种生理功能的分子伴侣，其多功能性源自于其所具有的独特龙形分子结构。为了探究TF不同区域结构以及具有不同理化性质的表面微区在TF生理功能，尤其是分子伴侣功能中的作用，本研究通过多种生化、生理、组学研究手段对TF的结构与功能、TF生理通路以及TF生理功能调控机制进行了深入的研究。本研究主要成果有：1）解析了TF龙形结构的功能面所存在的具有不同理化性质的各种表面微区在TF分子伴侣功能中的作用，鉴定出若干个主要分子伴侣功能区域，并发现这些区域具有不同的作用模式。2）通过对小分子化合物库进行筛选，获得了若干种可以调节TF分子伴侣功能的化合物。3）通过酵母双杂交等分子互作技术，鉴定出TF新的体内作用蛋白。4）通过转录组、表型组等多种高通量手段，全面剖析了TF缺失的生理影响传播途径和过程，构建了TF生理功能网络，并在此基础上分析了TF的各个结构域在其中的各自贡献，以及比较分析了TF与其下游分子伴侣DnaK生理功能的差异。5）对TF伴侣功能的体内和体外两种研究方法进行了比较分析，发现两种方法所得到的结果具有较高的一致性，为以后的TF研究的简化提供了支持。这些研究将有助于人们对TF结构与功能、生理功能作用机制的认识，为今后对细胞分子伴侣系统进行改造、提高外源蛋白表达效率提供了理论和实践支持。