若干硒蛋白及其人工模拟蛋白的构效关系

This project is going to study the effect and mechanism of selenoproteins and their mimics on delaying the onset and development of Alzheimer's disease (AD), using multiple methods and theories in bioinorganic chemistry, cellular inorganic chemistry, and molecular biology. A great quantity of selenoproteins and their mimics will be prepared based on a new route that the mutants of selenoproteins will be over-expressed firstly by genetic engineering, and the serine residue(s) in those proteins will then be modified into selenocysteine(s) by chemical reactions. Five parts will be included in this project: 1) preparation of selenoproteins and their mutants by genetic engineering; 2) modification of the serine residue(s) to selenocysteine(s) by chemical reactions; 3) protein structure-functional study by the methods of bioinorganic chemistry; 4) effect and mechanism of different selenoproteins and their mimics on AD relevant cells and AD pathological features, including the proteomics and metallomics study of those treated cells; 5) prediction of the structure and function of those selenoprotein mimics through bioinformatics. This project will provide elementary data for elucidating the molecular mechanism of selenium and selenoproteins in preventing Alzheimer's disease.

本项目以延缓阿尔茨海默症（AD）发生、发展为研究背景，应用生物无机化学、细胞无机化学以及分子生物学等多学科的方法与理论，采用基因工程大量表达硒蛋白突变体、再通过化学修饰将蛋白链中丝氨酸残基变成硒代半胱氨酸这一新思路，制备硒蛋白及其模拟蛋白。研究内容包括1) 基因工程制备硒蛋白及其突变体; 2) 用化学方法对硒蛋白的突变体进行修饰,将丝氨酸残基变成硒代半胱氨酸; 3) 用生物无机化学方法研究其构效关系; 4) 用细胞无机化学方法研究不同硒蛋白及其模拟物对AD相关细胞的作用以及AD相关指标的变化和分子机理，开展细胞的蛋白质组及金属组学研究；5）用生物信息学方法预测硒蛋白及其模拟物的结构与功能。本项目将为阐明硒和硒蛋白延缓AD发生、发展的分子机制提供基础数据。

本项目以延缓阿尔茨海默症（AD）发生、发展为研究背景，应用生物无机化学、细胞无机化学以及分子生物学等多学科的方法与理论，采用基因工程大量表达硒蛋白突变体、再通过化学修饰将蛋白链中丝氨酸残基变成硒代半胱氨酸这一新思路，制备硒蛋白及其模拟蛋白。主要研究内容和重要研究结果包括：1) 采用化学诱变的方法实现了硒蛋白M和硒蛋白P片段的大量制备，并对其结构和性质进行了表征; 2) 研究了硒蛋白结合多种金属离子的性质，发现SelP和SelM以其出色的金属离子结合能力，抑制金属离子诱导的Aβ和tau蛋白的聚集和神经毒性，及对神经细胞突触和线粒体功能的损伤；3) 研究了多种含硒化合物对AD的干预作用，以硒代蛋氨酸为例，发现含硒化合物通过调控氧化压力，抑制淀粉样斑块的沉积及tau蛋白的磷酸化，从而显著改善神经元活性及小鼠的学习和记忆障碍； 4) 以蛋白质组学结合生物信息学研究了各种含硒化合物对AD作用的机制，以硒酸钠为例，发现硒酸钠可以逆转AD模型小鼠内异常表达的蛋白， 涉及到Aβ代谢、脂代谢以及炎症相关过程，提示硒酸钠可能通过调节上述过程参与到AD的防治和干预过程。本项目的工作为阐明硒和硒蛋白延缓AD 发生、发展的分子机制提供基础数据，基于本项目的工作，项目主持人共发表SCI论文10篇，申请发明专利一项，培养出站博士后三名，博士一名，硕士研究生六名。