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我校在金属蛋白结构与功能调控研究方面取得新进展

信息来源:分子科学研究所   文字:王宏飞    时间:2021-09-10

近期我校分子科学研究所王宏飞教授研究组及合作团队利用上海同步辐射光源(http://ssrf.sari.ac.cn/),测定解析了多个与生理调控、营养和健康有关的重要金属离子结合蛋白的晶体结构。为深入研究蛋白质结构与功能的关系,开发生物活性分子靶向载运的新方法以及设计新型生物纳米材料奠定了基础。

一氧化氮(NO)作为重要的信号分子在血压调控、神经传导、免疫响应和细胞凋亡等多种生理过程中具有重要作用,在新冠肺炎(COVID-19)的临床治疗中也表现了有益效果。研究人员制备并测定了亚硝酰钌配合物分子与人血清白蛋白复合体原子分辨率的结构(PDB ID: 7DL4)。利用人血清白蛋白作为纳米分子载体,获得了结合和载运亚硝酰钌配合物分子的新方法,其在药物分子细胞靶向载运等方面具有重要的应用价值。建立了利用光激发调控NO定量释放的实验方法,并成功检测了在细胞体系中光诱导NO的释放,为构建心血管和肿瘤等重大疾病精准治疗的新策略奠定了基础。相关工作发表在国际著名学术期刊Inorganic Chemistry (2021 Jun 21;60(12):8826-8837. doi: 10.1021/acs.inorgchem.1c00762),分子所博士研究生谢磊磊同学为该论文的第一作者,青年教师王文明副教授为合作作者,王宏飞教授为通讯作者。

铁储藏蛋白是生物机体内调控铁离子代谢的重要蛋白。铁储藏蛋白通过形成稳定的笼形24聚体实现铁离子高效贮存和转运,从而完成维持生物体系铁代谢平衡的重要功能。支原体是一类类似细菌但无细胞壁的原核生物,是引起人类多种疾病的病原体。然而支原体铁蛋白的结构与作用机制仍不清楚。研究人员成功解析了穿透支原体铁储藏蛋白的晶体结构(PDB ID: 7DIE)。与其他铁储藏蛋白不同, 在支原体铁蛋白中,三重轴均为疏水通道;四重轴通道构成不保守,部分为亲水通道,但定点突变证实亲水的四重轴通道并不参与铁的进出,而是与矿化成核有关;同时发现了B-通道在解析的支原体铁蛋白中为亲水通道,是铁蛋白中铁进出的主要通道。该研究结果对深入认识铁代谢机制和相关病理机制具有重要的意义。相关工作发表在国际著名学术期刊Inorganic Chemistry (2021 May 17;60(10):7207-7216. doi:10.1021/acs.inorgchem.1c00265),分子所王文明副教授为该论文的第一作者,王文明副教授和王宏飞教授为通讯作者。

黍子过氧化物酶(PmPOD)是来源于我省特色小杂粮作物的一种阳离子过氧化物酶。PmPOD不仅具有依赖于血红素辅基的过氧化物酶活性,同时也具有不依赖于血红素辅基的磷酸酶活性。在细胞水平,PmPOD可以引起细胞DNA损伤,诱导结直肠癌细胞发生依赖于RIPK1和RIPK3的necroptosis。研究人员解析了高分辨的PmPOD晶体结构(PDB ID: 7DLH)。在PmPOD结构中,磷酸酶位点保守序列(HCXXXXXR, X为任意氨基酸)位于PmPOD表面,但是该序列在经典的辣根过氧化物酶序列中并不存在,只在粮食作物来源的POD中存在。PmPOD及其它作物的POD,可能与植物的磷胁迫相关,植物可以通过POD利用土壤中的有机磷。相关工作发表在国际著名学术期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry (2021 Jun 9;69(22):6251-6259. doi:10.1021/acs.jafc.1c01606),生物技术研究所崔晓东副教授为该论文的第一作者,崔晓东副教授和王文明副教授为通讯作者,王转花教授和王宏飞教授为合作作者。

此外,近年来王宏飞教授与中国农业大学赵广华教授建立了稳定的合作关系,最近在利用铁储藏蛋白构建新型一维和二维生物纳米分子材料方面获得突破性进展,相关工作发表在国际著名学术期刊Nature Communications(2021 Aug 11;12(1):4849; doi:10.1038/s41467-021-25199-x; PDB IDs: 7DYA, 7DY8, 7DY9 and 7DYB)。中国农业大学博士研究生张晓荣同学为该论文第一作者,张拓副教授和赵广华教授为通讯作者,王宏飞教授为合作作者。

以上成果为提升山西在蛋白结构与功能方面的研究水平,促进山西高新技术发展做出了积极的贡献。感谢国家自然科学基金、山西省科技和人才计划项目的支持。

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