位点特异标记稀土金属离子在蛋白质构象分析中的应用

基本信息
批准号:21273121
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:苏循成
学科分类:
依托单位:南开大学
批准年份:2012
结题年份:2016
起止时间:2013-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:杨茵,张树众,吴胜青,李庆锋,魏珍,魏铮,马志楠,曹婵,陈家良
关键词:
核磁共振稀土金属离子赝接触化学位移蛋白质标记蛋白质结构
结项摘要

Structural determination of protein-protein and protein-ligand complexes is extremely important for understanding the foundations of life. Understanding the dynamic properties of proteins is equally necessary to understand their function. Nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) has been a powerful tool in understanding the structure-function of biological macromolecules.Encoding parmagnetic species in proteins has been shown to greatly enhance the sensitivity of NMR in biological system. Lanthanides metal ions provide rich source of structural restraints of biomolecules including pseudocontact shifts (PCS), residual dipolar couplings (RDCs) and paramagnetic relaxation enhancement (PRE). As proteins rarely bind lanthanides specifically, generation of paramagnetic data usually depends on site-specific tagging with lanthanide-chelating reagents. At present, chemically synthesized tags are almost invariably attached to the protein by formation of one or two disulfide bonds. This precludes the subsequent use of reducing agents or high pH, and makes these constructs incompatible with thiol-containing ligands. The project builds on the applicant's recent discovery that chemically inert and rigid tag can be achieved by virtue of the thiol-ene reaction. The project will focus on site-specifically labeling of proteins with rigid and chemically stable tags. The rigidity of the tag, stability of the tether, and the thermodynamic stability of lanthanide complex will be addressed in tagging procedures. As a consequence, a wide range of diverse applications will be targeted, including: .(1) Measurement of RDCs induced by the molecular alignment effected by the paramagnetic metal ions in a magnetic field. The diversity of available paramagnetic metal ions and of different molecular shapes and charges of the tags will be exploited to create many different alignment tensors. Multiple alignment tensors are a prerequisite for many applications, including ultra-high-resolution 3D structures of proteins in solution and analysis of subdomain mobility. (2) Measurement of PCS induced by the paramagnetism of lanthanide metal ions. PCS are manifested in chemical shift changes that are extremely easy to measure by NMR spectroscopy. They contain long-range (up to 40 ?) structural information which can be used to determine the 3D structures of protein-protein and protein-ligand complexes. Domain motion of proteins will be assessed by PCS and a new approach of PCS analysis will specifically target systems of high molecular weight (> 50 kDa)..In summary, new tools will be delivered in fast characterization of protein-ligand complex and sudomain mobility of proteins by paramagnetic NMR via site-specific labelling of proteins with lanthanide metal ions.

蛋白质是生命有机体的重要组成成分,蛋白质三维结构在其行使功能过程中发挥着重要作用。核磁共振技术是从原子分辨率上了解蛋白质三维溶液结构的唯一方式,但是常规核磁共振在某些情况下较难获得蛋白质-配体复合物结构,特别是在探讨蛋白质内结构域间的相对取向时灵敏度较低。用稀土金属离子位点特异标记蛋白质能解决以上一些关键问题。本课题主要发展和利用稀土金属离子的磁各向异性张量并利用赝接触化学位移来研究溶液中生物大分子的构象和蛋白间的作用方式,为研究生物大分子溶液构象分析提供新方法。具体是通过有机化学合成新型的有机螯合配体、位点特异标记蛋白质并克服以往蛋白修饰的不足,研究不同蛋白质与其目标分子的作用及蛋白质内结构域间的动态变化,建立以顺磁标记来快速获得生物大分子在溶液中的三维结构和研究构象变化的方法;进一步探讨获得大蛋白质溶液结构和多结构域间的动态变化。这对阐明蛋白质结构与功能关系具有重要意义。

项目摘要

蛋白质是生命有机体的重要组成成分,蛋白质三维结构在其行使功能过程中发挥着重要作用。核磁共振技术是从原子分辨率上了解蛋白质三维溶液结构的唯一方式,但是常规核磁共振在某些情况下较难获得蛋白质-配体复合物结构,特别是在探讨蛋白质内结构域间的相对取向时灵敏度较低。本课题主要发展和利用稀土金属离子的磁各向异性张量并利用赝接触化学位移来研究溶液中生物大分子的构象和蛋白间的作用方式,为研究生物大分子溶液构象分析提供新方法。具体是通过有机化学合成新型的有机螯合配体、化学修饰蛋白质以达到刚性设计要求并克服以往蛋白修饰的不足,研究一系列不同蛋白质与其目标分子的作用以及蛋白质内结构域间的动态变化,建立以顺磁标记来快速获得生物大分子在溶液中的三维结构和研究构象变化的方法;进一步探讨获得大蛋白质溶液结构和多结构域间的动态变化。这对阐明蛋白质结构与功能之间的关系有重要意义,并提高核磁共振技术在结构生物学应用中的应用。本项目在实施过程中发展了以稳定C-S键定点修饰蛋白质的方法,这与以往马来酰亚胺衍生物不同,避免了手性中心的产生;发展了超过5个高性能的顺磁探针并应用到活细胞研究中。在本项目发展的顺磁探针的基础上,申请人发展了利用高性能的顺磁探针研究多结构域蛋白在溶液中的取向;利用发展的高稳定、刚性的顺磁探针测定了活细胞内蛋白质的三维结构,为在活细胞水平上以原子分辨水平研究蛋白质的结构、运动和作用方式提供了重要方法。在本项目的资助下,申请人利用发展的高性能稳定探针可以通过顺磁核磁共振测定非平衡态下酶催化中间体的三维结构,由于这类中间体含量低、寿命短,利用普通生物物理技术无法得到精确的三维结构,因此通过PCS快速测定的优点,本项目发展的顺磁标记方法为快速测定瞬态蛋白质复合物构象提供了重要方法。

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

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

DOI:10.15957/j.cnki.jjdl.2016.12.031
发表时间:2016
2

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
3

温和条件下柱前标记-高效液相色谱-质谱法测定枸杞多糖中单糖组成

温和条件下柱前标记-高效液相色谱-质谱法测定枸杞多糖中单糖组成

DOI:10.3724/ SP.J.1123.2019.04013
发表时间:2019
4

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

DOI:10.19596/j.cnki.1001-246x.8419
发表时间:2022
5

丙二醛氧化修饰对白鲢肌原纤维蛋白结构性质的影响

丙二醛氧化修饰对白鲢肌原纤维蛋白结构性质的影响

DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190411-143
发表时间:2020

相似国自然基金

1

细菌DNA磷硫酰化修饰位点的特异性标记

批准号:31800085
批准年份:2018
负责人:黄琴琴
学科分类:C0105
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

融合多种信息识别激酶特异的蛋白质磷酸化位点

批准号:60905014
批准年份:2009
负责人:李婷婷
学科分类:F0304
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
3

花生栽野杂种特异新种质含油量相关标记位点的发掘

批准号:31471534
批准年份:2014
负责人:姜慧芳
学科分类:C1307
资助金额:88.00
项目类别:面上项目
4

位点特异性化学标记揭示磷酸苏氨酸裂合酶关键保守氨基酸在催化过程中的作用

批准号:30970630
批准年份:2009
负责人:李洪涛
学科分类:C0505
资助金额:32.00
项目类别:面上项目