G蛋白偶联受体计算研究的进展和前瞻

G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor,GPCR)是含有七个跨膜螺旋的一类重要蛋白,是迄今为止发现的最大的多药物靶标受体超蛋白家族。例如,目前上市药物中有超过30%是以GPCR为靶点的。然而,与GPCR重要性形成强烈反差的是科学界对于其结构与功能的了解非常贫乏,主要原因是通过实验手段来获得GPCR的结构与功能信息极其困难。利用生物信息学方法从基因组规模的数据中识别GPCR并预测三维结构是可行途径之一。基于生物信息学的GPCR研究将为新型药物靶标的筛选和药物的开发提供一定的帮助。本文论述了几种较为典型的GPCR计算方法,并基于已有研究提出可能的创新性研究策略来解决GPCR蛋白识别、跨膜区定位、以及结构和功能预测等问题。     

化学修饰寡核苷酸在核酸配基扩增技术中的应用

核酸酸基扩增技术（SELEX)可从极大容量的随机寡核苷酸文库中筛选得到与靶分子高特异性和高亲和力结合的核酸配基。对寡核苷酸进行化学修饰,可以提高核酸配基的稳定性,增加其功能多样性及生物利用度。SELEX在基础研究、诊断和治疗试剂的研制及药物筛选等领域有广泛用途。     

人FcγRI特异性核酸适配体的体外筛选及鉴定北大核心CSCD

人中性粒细胞FcγRI(即CD64),Ig G Fc高亲和力受体之一,是早期诊断脓毒血症和系统性细菌感染的一个灵敏和特异的新标志物;目前,采用流式细胞计量术测定,难以在一般实验室开展。本研究旨在应用新型的体外筛选技术——指数富集配基的系统进化(systematic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX)技术——从体外合成的随机寡核苷酸文库中筛选人FcγRI的高亲和力和高特异性的核酸适配体(aptamer)。本文以人FcγRI为靶标,将其固定在羧基活化磁珠上,进行SELEX筛选。经过8轮筛选,共获得3个重点研究的单克隆适配体。生物信息学分析结果显示,人FcγRI适配体的模拟二级结构以茎-环和G-四聚体为主,可能是FcγRI与适配体的作用位点,G-T错配常见。流式细胞计量术和荧光显微镜分析显示,筛选出的典型单克隆适配体解离常数(the dissociation constant,Kd)均达到纳摩尔水平,而且适配体只与脓毒血症中性粒细胞结合,具有良好的亲和力和特异性。本研究表明,通过SELEX技术,成功获取了人FcγRI特异性核酸适配体,为以此适配体为分子探针,进一步建立用于脓毒血症早期诊断的新方法奠定了基础。     

G蛋白偶联受体的结构与功能

G蛋白偶联受体(Gprotein-coupled receptor,GPCR)是具有7个跨膜螺旋的蛋白质受体,根据其序列的相似性以及与配基的结合情况,共分为5个亚家族,是人体内最大的蛋白质家族,也是重要的药物靶标。二聚体或寡聚体的形成,以及G蛋白偶联受体多元素参与的信号网络传递模式的研究,打破了传统的配基→G蛋白偶联受体→G蛋白→效应器的这种单一的线性信号传递模式,它的结构与功能的研究对于新药的开发、研制以及推动医药领域的发展起着举足轻重的作用。     

人FcγRI特异性核酸适配体的体外筛选及鉴定

人中性粒细胞FcγRI(即CD64),Ig G Fc高亲和力受体之一,是早期诊断脓毒血症和系统性细菌感染的一个灵敏和特异的新标志物;目前,采用流式细胞计量术测定,难以在一般实验室开展。本研究旨在应用新型的体外筛选技术——指数富集配基的系统进化(systematic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX)技术——从体外合成的随机寡核苷酸文库中筛选人FcγRI的高亲和力和高特异性的核酸适配体(aptamer)。本文以人FcγRI为靶标,将其固定在羧基活化磁珠上,进行SELEX筛选。经过8轮筛选,共获得3个重点研究的单克隆适配体。生物信息学分析结果显示,人FcγRI适配体的模拟二级结构以茎-环和G-四聚体为主,可能是FcγRI与适配体的作用位点,G-T错配常见。流式细胞计量术和荧光显微镜分析显示,筛选出的典型单克隆适配体解离常数(the dissociation constant,Kd)均达到纳摩尔水平,而且适配体只与脓毒血症中性粒细胞结合,具有良好的亲和力和特异性。本研究表明,通过SELEX技术,成功获取了人FcγRI特异性核酸适配体,为以此适配体为分子探针,进一步建立用于脓毒血症早期诊断的新方法奠定了基础。     

猪Nramp1基因外显子2的SNP位点筛选及生物信息学分析

本研究采用DNA混合池扩增并进行直接测序的方法,对3个引进猪种和3个地方猪种Nramp1基因外显子2的SNP位点进行筛选,并通过生物信息学软件对该基因的m RNA二级结构、蛋白质二级结构和功能进行预测。结果在2个引进猪种(大白猪,长白猪)和3个地方猪种(八眉猪,蕨麻猪,烟台黑猪)中共检测到2个SNP位点,分别为T~(62)C和A~(92)G,而在杜洛克猪中未检测到SNP位点。生物信息学分析结果表明,T~(62)C和A~(92)G位点均降低了RNA二级结构的稳定性,Nramp1基因可能在转录和信号转导过程中发挥着重要作用。本研究结果丰富了猪Nramp1基因库,为进一步研究Nramp1基因功能和筛选抗病育种相关SNP位点提供理论参考。     

生物胺受体配基结合区域及其位点的预测

生物胺受体被认为是一类重要的药物靶标,用生物信息学手段寻找它的配基结合位点并分析其功能,对于药物设计具有重要的指导意义。从整体上结合可变性、疏水性和保守性构建了受体的2D螺旋横切面模型,预测出其可能的配基结合区Ⅰ、Ⅱ,其中TM3、TM4以及TM7在配基结合中起关键作用,E-Ⅱ环也参与了配基结合这一过程,这是对以往普遍认为只有TM参与配基结合的延伸。从局部上寻找了生物胺受体及其子受体的motif,提出了父家族可变子家族保守motif概念,即父家族可变区中出现的子家族保守的motif最后结合整体与局部分析结果分析了各motif的功能,预测了行使配基结合功能的motif及其相应位点,结果证明与突变实验结果有很好的吻合度。     

基于APOBEC-1底物基因三区一位的结构筛选新的底物基因

使用生物信息学软件从APOBEC-1编辑底物编码基因序列中筛选出B-Raf基因,在生物信息数据库中获得了B-Raf的一级结构、模体、三维结构信息,分析B-Raf蛋白功能。     

SELEX技术及Aptamer研究的新进展

综述了近几年指数富集的配体系统进化(SELEX)技术的改良与寡核苷酸配基(aptamer)研究应用方面的新进展.Aptamer是指利用SELEX(systematicevolutionofligandsbyexponentialenrichment)技术,从随机寡核苷酸文库中筛选获得的能够与靶分子特异结合的短单链寡核苷酸配基,通常具有纳摩尔到皮摩尔的亲和力.高通量筛选的技术特点与aptamer精确识别、易体外合成与修饰等特性,使得aptamer在分析化学与生物医药研究方面具有广阔的应用前景.     

剪切流动法研究表面固定化配基与目标分子的相互作用力

基于剪切流动腔技术,以微球作为受力载体,设计了一套可用于研究表面固定化配基与目标分子特异性相互作用力的实验和分析方法,并以人免疫球蛋白 G (human IgG) 和羊抗人免疫球蛋白 G (goat anti-human IgG) 分别作为模型配基和模型目标分子进行了研究 . 基于平面 Poiseuille 层流模型设计了流场参数,以数值计算结果验证了设计的合理性 . 使用牛血清白蛋白 (BSA) 作为非特异性对照,判断微球与基片表面的结合力来自配基和目标分子的生物特异性相互作用,并由进一步的目标分子灭活对比实验确认了这一结论 . 实验观察到微球与基片表面的结合力受到配基面密度的影响,说明发生结合的是多对而非单对蛋白质分子 . 将 95 ％的微球被剥离时对应的壁面剪切率设定为临界剪切率,由大量实验结果拟合得到了临界剪切率与配基面密度间的定量关系 . 在受力分析模型中,考虑到多分子的结合,以及分子键位置不同造成的力臂长度的差异,最终计算得到单对配基与目标分子的平均结合力约为 342pN.     

孤儿G蛋白偶联受体研究进展

孤儿G蛋白偶联受体的研究意味着发现其尚未了解的内源性配体,是后基因组时代功能基因组学研究的热点之一,对生命科学的发展具有深 影响。本文介绍孤儿G蛋白偶联受体的概念、研究策略及其应用。     

Anatomical and histological profiling of orphan G-protein-coupled receptor expression in gastrointestinal tract of C57BL/6J mice

G-protein-coupled receptors (GPCRs) constitute the largest family of transmembrane receptors and regulate a variety of physiological and disease processes. Although the roles of many non-odorant GPCRs have been identified in vivo, several GPCRs remain orphans (oGPCRs). The gastrointestinal (GI) tract is the largest endocrine organ and is a promising target for drug discovery. Given their close link to physiological function, the anatomical and histological expression profiles of benchmark GI-related GPCRs, such as the cholecystokinin-1 receptor and GPR120, and 106 oGPCRs were investigated in the mucosal and muscle-myenteric nerve layers in the GI tract of C57BL/6J mice by quantitative real-time polymerase chain reaction. The mRNA expression patterns of these benchmark molecules were consistent with previous in situ hybridization and immunohistochemical studies, validating the experimental protocols in this study. Of 96 oGPCRs with significant mRNA expression in the GI tract, several oGPCRs showed unique expression patterns. GPR85, GPR37, GPR37L1, brain-specific angiogenesis inhibitor (BAI) 1, BAI2, BAI3, and GPRC5B mRNAs were preferentially expressed in the muscle-myenteric nerve layer, similar to GPCRs that are expressed in both the central and enteric nerve systems and that play multiple regulatory roles throughout the gut-brain axis. In contrast, GPR112, trace amine-associated receptor (TAAR) 1, TAAR2, and GPRC5A mRNAs were preferentially expressed in the mucosal layer, suggesting their potential roles in the regulation of secretion, immunity, and epithelial homeostasis. These anatomical and histological mRNA expression profiles of oGPCRs provide useful clues about the physiological roles of oGPCRs in the GI tract.     

Structural proteomics: a tool for genome annotation

In any newly sequenced genome, 30% to 50% of genes encode proteins with unknown molecular or cellular function. Fortunately, structural genomics is emerging as a powerful approach of functional annotation. Because of recent developments in high-throughput technologies, ongoing structural genomics projects are generating new structures at an unprecedented rate. In the past year, structural studies have identified many new structural motifs involved in enzymatic catalysis or in binding ligands or other macromolecules (DNA, RNA, protein). The efficiency by which function is deduced from structure can be further improved by the integration of structure with bioinformatics and other experimental approaches, such as screening for enzymatic activity or ligand binding.     

人源孤儿G蛋白偶联受体hGPCRc的分子克隆及其初步鉴定

孤儿G蛋白偶联受体 (orphanGprotein coupledreceptors ,oGPCRs)是最重要的潜在药物靶点 ,对于创新药物研究意义重大 .根据已有文献及相关基因数据库提供的信息 ,利用RT PCR从人结肠组织获得oGPCR某一成员的氨基酸编码序列 ,大小为 10 14bp ,而且与GenBank已登录序列(AB0 835 98)完全一致 ,称之为hGPCRc ;又用相同的引物以健康志愿者血液基因组DNA作为模板进行PCR扩增 ,亦得到同样大小的DNA序列 ,测序显示二者个别碱基不一致 ,但所对应氨基酸序列并无差异 .另外 ,RT PCR对人源部分组织及细胞系的检测结果显示 :hGPCRc在人脑组织表达最高 ,结肠次之 ,其它组织或细胞系如胃、血液、肝、肺、上皮未检测到该基因的表达 .利用相关软件对hGPCRc分别结果显示 :hGPCRc定位于人染色体 13q32 3,与小鼠、大鼠的对应物序列同源性高达85 % ,但与人源其他已知基因的同源性较低 ,对应的氨基酸序列组成了 7个跨膜区段的结构域 .因此 ,hGPCRc符合GPCR的结构特点 ,应为人类oGPCRs的新成员 .     

保护性病毒抗原的筛选策略及其在新型疫苗研发中的应用

随着疫苗研发技术的发展,新型疫苗在传染病的预防中得到了广泛应用。由于新型疫苗安全性良好,因此其在烈性病疫苗的应用中有着得天独厚的优势,然而研制新型疫苗的前提是筛选出保护性抗原。随着各种组学研究的发展,针对真核生物的多种生物信息学方法代表着最前沿的技术手段。相对于真核细胞,病毒具有更为简单的结构,对应着相对简单的研究方法,未来的保护性抗原筛选策略,需要结合生物信息学和传统分子生物学方法的优势。本文分别从宿主和病毒入手,论述了病毒保护性抗原的筛选策略,列举了一系列基于真核细胞开发的可能用于保护性抗原筛选的生物信息学方法,并总结了应用保护性抗原进行新型疫苗设计的案例,以便加深对病毒保护性抗原筛选策略的认知,为新型疫苗的研发提供借鉴。     

A map of WW domain family interactions

WW domains are protein modules that bind proline-rich ligands. WW domain-ligand complexes are of importance as they have been implicated in several human diseases such as muscular dystrophy, cancer, hypertension, Alzheimer's, and Huntington's diseases. We report the results of a protein array aimed at mapping all the human WW domain protein-protein interactions. Our biochemical approach integrates parallel synthesis of peptides, protein expression, and high-throughput screening methodology combined with tools of bioinformatics. The results suggest that the majority of the bioinformatically predicted WW peptide ligands and most WW domains are functional, and that only about 10% of the measured domain-ligand interactions are positive. The analysis of the WW domain protein arrays also underscores the importance of the amino acid residues surrounding the WW ligand core motifs for specific binding to WW domains. In addition, the methodology presented here allows for the rapid elucidation of WW domain-ligand interactions with multiple applications including prediction of exact WW ligand binding sites, which can be applied to the mapping of other protein signaling domain families. Such information can be applied to the generation of protein interaction networks and identification of potential drug targets. To our knowledge, this report describes the first protein-protein interaction map of a domain in the human proteome.     

Discovery of selective aldo-keto reductase ligands--an on-bead assay strategy

An enzyme labeling and screening strategy for the discovery of ligands selective in binding two structurally similar members of the aldo-keto reductase family of enzymes is reported. The resulting fluorescence microscope data obtained by screening a 74,088 member library led to the identification of selective ligands for aldose reductase (ALR2) and aldehyde reductase (ALR1). Resynthesis results validate the selectivity of these ligands.