单分子荧光共振能量转移技术在核糖体移位研究中的进展

核糖体是蛋白质的"合成工厂",也是临床上多种抗菌药物的作用靶点,因此,深入理解细菌核糖体的蛋白质翻译机制意义重大.蛋白质翻译是通过多步骤相互协调、多组分精细配合来实现高保真和精确调控.核糖体在mRNA上的移位作为翻译过程中最重要的事件之一,需要核糖体大规模的构象重排以及tRNA2-mRNA沿着核糖体的精确移动.在细菌中,移位是由延伸因子EF-G催化GTP水解来驱动的.近年来,单分子荧光共振能量技术(smFRET)的发展使得人们可以探究单个tRNA分子移位的动力学过程并实时观测核糖体的构象变化.本文首先介绍了smFRET技术的原理及特点,对其在核糖体结构动态及tRNA移位研究中的应用进行了较为系统的总结,并对其应用前景进行了展望.     

研究: 透明质酸促进肠道抵抗感染

透明质酸是构成细胞外基质的一种重要成分,已有的研究发现,肠道受损后透明质酸的表达上调,促进组织修复.本研究分析了透明质酸在多种肠道感染与肠道炎症模型中的作用.结果显示,口服透明质酸能够提高小鼠对肠道李斯特氏菌、柠檬酸杆菌、肠致病性大肠杆菌感染的控制能力,但对急性肠炎模型没有明显的改善作用.     

耻垢分枝杆菌宿主整合因子(IHF)对DNA拓扑结构的影响

结核分枝杆菌(Mycobaterium tuberculosis)是结核病的病原菌,每年导致数百万人死亡.对于分枝杆菌基本生物学特性的研究有助于新的药物及治疗手段的研发.耻垢分枝杆菌(M.smegmatis)是分枝杆菌属中的一种非致病菌,与结核分枝杆菌亲缘关系较近,是实验室常用的研究分枝杆菌的模式菌种.分枝杆菌主要编码三种染色质蛋白,类组蛋白HU、Lsr2和宿主整合因子IHF.为研究IHF在染色体包装中的作用,我们在大肠杆菌中表达、纯化了耻垢分枝杆菌IHF蛋白(MsIHF),并对其影响DNA拓扑结构的性质进行了系统分析.体外研究的结果表明,MsIHF以同二聚体的形式存在,其对负超螺旋DNA具有一定的结合偏好性,同时,该蛋白可以有效地固定DNA负超螺旋.进一步的研究表明,MsIHF可以调控拓扑异构酶的活性.MsIHF的结合明显地抑制拓扑异构酶Ⅰ的松弛活性,而与此相反,该蛋白可以轻微地促进旋转酶引入DNA负超螺旋的能力.以上结果提示,MsIHF可能通过调控拓扑异构酶的活性影响染色体DNA的结构,进而调控其包装.     

生物大分子自组装合成多维纳米生物结构与器件

生物体通过指导的自组装合成种类繁多、功能特异的天然纳米结构,它们在生命过程中扮演重要角色。按照自组装体的维度,可以分为线状(一维)、层状(二维)、笼状(三维)生物纳米结构。通过设计,这些生物大分子纳米结构可在细胞"工厂"中重组制备,且可通过合成生物学技术对其组装和功能化进行理性设计和调控,成为功能性纳米器件。这类纳米生物结构和器件已经在生物传感、催化、肿瘤热疗、药物递送、组织工程、生物电池等领域获得展示或应用。相关研究正在成为合成生物学和纳米生物学的一个交叉领域,受到关注。     

Visualization of Mitochondrial Membrane Dynamics in Primary Cultured Neurons by Cryo-electron Tomography

本文利用冷冻电子断层扫描成像技术研究了原代培养海马神经元中线粒体膜的动态变化. 线粒体的分裂与融合是线粒体膜动态变化的主要方式，也是维持线粒体功能正常的重要手段. 线粒体分裂的机制研究以往是基于荧光标记的光学显微成像，由于分辨率的限制并不能直接观察到线粒体分裂过程中的超微结构特征. 冷冻电子断层成像通过尽可能保持样品生理状态从而获得更真实的结构信息. 本文通过对原代海马神经元中的自发性线粒体膜动态变化的成像，发现中央分裂和外周分裂的线粒体都与内质网在空间上存在一定的相互作用，内质网通过缠绕在线粒体分裂位点来参与分裂过程. 值得注意的是，还发现部分线粒体会出现线粒体外膜与内膜分离的现象，形成“无基质”的特殊区域. 这些可能都表明了线粒体质量控制的方式.     

铅和硒对端粒长度、端粒酶及端粒结合蛋白的影响

以酿酒酵母细胞为实验材料 ,在分子水平上研究铅 (Pb)和硒 (Se)对端粒长度、端粒酶及端粒结合蛋白的影响。结果发现 :与对照组相比 ,添加 1mg/LPb的培养基中培养 10 0代后的酿酒酵母细胞中端粒DNA的平均长度缩短 ,端粒结合蛋白Rap1p含量减少 ,而且Rap1p蛋白的二级结构受到扰动、端粒酶活性降低、43%的细胞死亡。加 1mg/LSe培养 10 0代后的酿酒酵母细胞与对照组相比 ,细胞中端粒平均长度增加 ,Rap1p蛋白浓度和二级结构保持稳定 ,端粒酶活性增加 ,细胞正常存活。以上结果表明 ,Pb对酿酒酵母细胞端粒有损伤 ,而且其损伤在子代细胞中有累积效应 ;而Se对Pb损伤具有一定程度的修复保护作用 ,适量给机体补Se对抑制细胞损伤和衰老有一定作用。由于端粒的特殊结构特征 ,推断Pb和Se是通过作用于端粒酶及端粒结合蛋白而间接影响端粒长度的     

植物光系统Ⅱ捕光过程的超分子结构基础

光系统Ⅱ(photosystemⅡ,PSⅡ)是位于植物、藻类和蓝细菌等放氧光合生物类囊体膜上的重要超分子复合物,它可通过捕获光能用于激发反应中心的电荷分离并驱动电子传递过程,在常温常压下可将水分子裂解产生氧气和质子.植物光系统Ⅱ的外周存在主要和次要捕光复合物Ⅱ(major and minor light-harvesting complexⅡ,LHCⅡ),它们负责吸收光能并向光系统Ⅱ传递激发能,并且还参与非光化学淬灭和状态转换相关的捕光调节过程.近年来,围绕光系统Ⅱ和LHCⅡ的结构生物学研究取得了一系列重要进展,本文总结了PSⅡ、LHCⅡ和二者共同组成的PSII-LHCII超级复合物的结构生物学研究历程以及最新进展,并对该领域的未来研究方向做出展望.     

综述: 植物光系统Ⅱ捕光过程的超分子结构基础

光系统Ⅱ(photosystem Ⅱ,PSⅡ)是位于植物、藻类和蓝细菌等放氧光合生物类囊体膜上的重要超分子复合物,它可通过捕获光能用于激发反应中心的电荷分离并驱动电子传递过程,在常温常压下可将水分子裂解产生氧气和质子．植物光系统Ⅱ的外周存在主要和次要捕光复合物Ⅱ(major and minor light-harvesting complex Ⅱ,LHCⅡ),它们负责吸收光能并向光系统Ⅱ传递激发能,并且还参与非光化学淬灭和状态转换相关的捕光调节过程．近年来,围绕光系统Ⅱ和LHCⅡ的结构生物学研究取得了一系列重要进展,本文总结了PSⅡ、LHCⅡ和二者共同组成的PSII-LHCII超级复合物的结构生物学研究历程以及最新进展,并对该领域的未来研究方向做出展望．     

Anti-CRISPR蛋白AcrVA2的结构生物学研究

大多数古生菌及半数细菌都含有成簇有规律间隔的短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)和CRISPR相关(CRISPR-associated,Cas)蛋白质构成的适应性免疫系统,来抵御外界噬菌体的入侵.而噬菌体为了对抗这种免疫系统,也进化出许多抗CRISPR(anti-CRISPR,Acr)的蛋白质,使得CRISPR-Cas系统受到抑制.来自牛眼莫拉氏菌(Moraxella bovoculi)的AcrVA2是目前发现的可抑制V-A型CRISPR-Cas系统效应蛋白Cas12a发挥切割活性的Acr蛋白之一,其作用机理尚不清楚.本文解析了自由状态的AcrVA2和MbCas12a^620-636-AcrVA2复合物的晶体结构,发现AcrVA2蛋白采用了一种新的α-β折叠结构,且只与自由状态的Cas12a结合.此外,AcrVA2与MbCas12a^620-636的结合主要依靠氢键和盐桥的相互作用力,并通过疏水界面得到进一步稳定.这些结果提示,AcrVA2是通过与自由状态的MbCas12a结合来发挥抑制活性的,这对进一步理解Acr蛋白抑制V-A型CRISPR-Cas系统的多样化机制有重要意义.