哈里逊教授谈 病毒结构以及DNA与蛋白质相互作用

国际知名结构分子生物学家哈里逊博士(stephen C.Harrison),现为美国哈佛大学生物化学与分子生物学系教授。他是世界上第一个完成了球状植物病毒—西红柿矮丛病毒(TBSV)晶体结构测定的科学家,二十年来集中精力于核酸与蛋白质相互作用,蛋自质与蛋白质相互作用、病毒颗粒的自组装等生物大分子体系的结构研究。他对于X射线晶体学和电子显微术等应用于结构分子生物学也有一定贡献。1984年8月下旬,他应中国科学院生物物理所的邀请,对我国进行了访问。哈里逊博士在上海作了题为《病毒的结构与组装》的报告,用幻灯和电影生动地介绍了作为把遗传信息     

A_(21)—Asp人胰岛素突变体2.4埃分辨率晶体结构研究

A_(21)-Asp人胰岛素(A_(21)D-HI)是经由蛋白质工程途径制备的突变体,具有高稳定特性.本文报道在2.4埃分辨率A_(21)-HI X-射线晶体结构的测定,所获结构模型经能量制约的最小二乘技术(EREF)精化,最后的晶体学一致性因子R=0.192,共价键长与标准值的平均偏差为0.019埃.在(2F-F_e)电子密度图上,突变残基A_(21)-Asp清晰可见.与天然胰岛素比较,除践基A_(21)外,突变体分子的构象在该分辨率未见显著变化,具有重要结构意义的残基A_(21)-NH与B_(23)-Co之间的主链氢键在两个独立分子中都仍然保持,A链末端羧基与B_(22)-Arg的侧链胍基间的盐键在分子中也仍然保持.在这一基础上,讨论了突变体与分子的化学稳定性和生物活力的关系.     

蛋白质工程中的计算机辅助设计

了解蛋白质的序列,三级结构与功能之间的关系,可以用遗传学方法对蛋白质氨基酸的序列进行设计,得到的修饰分子可以具有特殊的医疗效果或重要的工业价值。人机对话式计算机制图(computer graphics)可以显示蛋白质晶体学所揭示的结构信息,并建造结构模型(model)。如果缺乏合适的晶体结构,计算机方法就必须从序列推测蛋白质的构象。推测结构最有效的方法是利用序列的同源性或利用与已知的晶体结构更为普遍的类似性。上述方法的改进需要使用含有蛋白质构造基本形式的数据库。     

FS36作为新型人源Hsp90抑制剂的发现（英文）

热休克蛋白90(Hsp90)通过对几百种蛋白质底物(客户蛋白质)进行合理的折叠、成熟其构象并且激活,在肿瘤细胞的生长和繁殖中发挥重要作用.因此,Hsp90成为非常有吸引力、有前途的抗肿瘤药物靶点,并且超过20种抑制剂已经进入临床实验阶段.我们在这里设计并合成了一个小分子抑制剂:FS36.收集了Hsp90~N-FS36复合物晶体结构的X射线衍射实验数据.高分辨率X射线晶体结构表明,FS36在ATP结合位点上与Hsp90~N相互作用,并且FS36可能替代核苷酸与Hsp90~N结合.FS36和Hsp90~N的复合物晶体结构和相互作用为后期设计和优化新型抗肿瘤药物奠定基础.     

《癌细胞》:科学家发现胃癌等肿瘤治疗新途径

<正>中科院上海生科院生化细胞所/国家蛋白质科学中心·上海(筹)周兆才研究组与张雷研究组、季红斌研究组,发现了原癌蛋白质YAP的一个天然拮抗剂蛋白--VGLL4,并在蛋白质晶体结构解析的基础上发展出一个针对YAP的多肽类抑制剂,从而为以胃癌为代表的肿瘤治疗提供了新的策略和途径。相关成果日前在线发表于《癌细胞》杂志。     

核糖体的结构与功能研究——2009年诺贝尔化学奖简介

一系列高分辨率的核糖体及其30 S、50 S亚基的晶体结构揭示了这个极其复杂的蛋白质翻译机器的重要作用机理,对在分子水平上了解生命机体产生和形成的一个基本环节(蛋白质合成)具有重大意义,同时为新型抗生素的设计与研发开辟了新方向新途径,对人类健康与生命保障具有重要作用．     

分子生物物理的一些前沿领域

分子生物物理是80年代发展迅速、成就突出的一个学科领域,它的一些主要前沿已经成为了解一些重要生命现象分子机理的关键。进入90年代,分子生物物理面临更加迅速发展的新机遇。本文概要介绍了分子生物物理一些前沿领域的研究现状及其近期展望,主要涉及生物大分子的晶体结构和溶液结构(二维和三维核磁共振)研究,核酸与蛋白质的专一辨识和相互作用,蛋白质折叠研究,新蛋白质的设计与构建等方面。     

FS36作为新型人源Hsp90抑制剂的发现

热休克蛋白90(Hsp90)通过对几百种蛋白质底物(客户蛋白质)进行合理的折叠、成熟其构象并且激活,在肿瘤细胞的生长和繁殖中发挥重要作用．因此,Hsp90成为非常有吸引力、有前途的抗肿瘤药物靶点,并且超过20种抑制剂已经进入临床实验阶段．我们在这里设计并合成了一个小分子抑制剂：FS36．收集了Hsp90^N-FS36复合物晶体结构的X射线衍射实验数据．高分辨率X射线晶体结构表明,FS36在ATP结合位点上与Hsp90^N相互作用,并且FS36可能替代核苷酸与Hsp90^N结合．FS36和Hsp90^N的复合物晶体结构和相互作用为后期设计和优化新型抗肿瘤药物奠定基础．     

Cancer Cell发现基于多肽类YAP抑制剂的肿瘤治疗新途径

<正>2014年2月10日,国际肿瘤学学术期刊Cancer Cell在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所/国家蛋白质科学中心?上海(筹)周兆才研究组与张雷研究组、季红斌研究组的合作研究成果。在该项工作中,研究人员发现了原癌蛋白质YAP的一个天然拮抗剂蛋白—VGLL4,并在蛋白质晶体结构解析的基础上发展出一个针对YAP的多肽类抑制剂,为以胃癌为代表的肿瘤治疗提供了新的策略和途径。     

中国科学家解析肥胖基因FTO的蛋白晶体结构

目前,肥胖正成为威胁世界各国人民健康的一个重大因素,如何应对肥胖带来的健康问题正成为对人类的一个挑战.研究表明,一种被称为"肥胖基因"的FTO基因(FaT mass and Obesity associated)可能与肥胖密切相关.近日,来自北京生命科学研究所柴继杰博士实验室与天津大学药物化学系副教授雷晓光博士实验室联手首次解析得到了FTO基因表达蛋白质的晶体结构,并进一步证明该蛋白质是一类脱氧核糖核酸(DNA)去甲基化酶.这一研究成果发表在4月8日出版杂志上.     

不同重力条件下生长的溶菌酶晶体的结构

利用我国返回式卫星和国内研制的蛋白质结晶装置 ,先后进行了 2次空间蛋白质晶体生长实验 ,均获得了质量较好的溶菌酶晶体 .为了探索微重力对溶菌酶晶体结构的影响 ,对 2次空间生长的和地面实验室生长的溶菌酶晶体进行了高精度的晶体结构测定和研究     

基于去折叠自由能的蛋白质结构域划分方法——适用于连续与不连续结构域

结构域是蛋白质的一个结构层次 ,可以看作是蛋白质结构、折叠、功能、进化和设计的基本单位。大多数的蛋白质都可分为若干个结构域 ,结构域的不同组合使蛋白质具有不同的三级结构并具有不同的功能。蛋白质结构域的划分在理论与应用上都具有重要意义 ,但目前对结构域的划分还没有一个十分理想的方法。作者曾经发展了一种通过计算去折叠自由能划分蛋白质结构域的方法 ,但该方法只适用于连续双结构域的划分。现在 ,作者通过构造氨基酸残基相互作用矩阵 ,并进行对应分析 (correspondenceanalysis) ,然后根据去折叠自由能和一些经验打分函数对蛋白质进行切割和优选 ,发展了可以同时处理连续和不连续结构域的划分方法。该方法与晶体结构作者手工分析相比较 ,二者的结果有 76 %的相似。     

用于生物大分子晶体结构修正的差值Fourier综合程序系统

在国产大型通用电子计算机013上建立了用于生物大分子晶体结构晶体学修正的差值Fourier综合程序系统。该程序包括坐标和温度因子增量的自动分析和计算,配合适当的人工干预可使繁杂而艰苦的修正过程连续进行,实现了差值Fourier修正的半自动化。应用本程序系统对1.8埃分辨率的胰岛素晶体结构进行了十一轮差值Fourier修正。偏离因子R值从38.8%降到21.0%。修正后的Fourier图提供了包括蛋白质和水在内的更精细的结构信息。     

用于生物大分子晶体结构修正的差值Fourier综合程序系统

在国产大型通用电子计算机013上建立了用于生物大分子晶体结构晶体学修正的差值Fourier综合程序系统。该程序包括坐标和温度因子增量的自动分析和计算,配合适当的人工干预可使繁杂而艰苦的修正过程连续进行,实现了差值Fourier修正的半自动化。应用本程序系统对1.8埃分辨率的胰岛素晶体结构进行了十一轮差值Fourier修正。偏离因子R值从38.8%降到21.0%。修正后的Fourier图提供了包括蛋白质和水在内的更精细的结构信息。     

阴道毛滴虫铁氧还蛋白基因的原核表达

目的在原核细胞中表达阴道毛滴虫铁氧还蛋白(ferredoxin,Fd)基因。方法构建阴道毛滴虫Fd基因的原核表达重组质粒pUC19-Fd,转化大肠埃希菌JM109感受态细胞中,异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)诱导蛋白质表达。结果经十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)和免疫印迹(Western blot)分析,重组质粒在大肠埃希菌中表达出Fd。结论在大肠埃希菌中表达出了Fd。     

二聚体蝎钠通道毒素的1.4 分辨率晶体结构:反常非脯氨酸顺式肽键及其内在结构因素(英文)

报道了以二聚体存在的dimo-BmKM1的1.4!分辨率晶体结构.蛋白质中的肽键是局部双键,不可旋转,因此具有顺式(cis)和反式(trans)两种构型,它们不能通过旋转操作相互转换.非脯氨酸顺式肽键是指形成该肽键的氨基是由脯氨酸以外的氨基酸提供的(Xaa-nonPro),这类肽键的顺式构型的自由能远比反式高,因此极少出现在天然蛋白质结构中.事实上,在长时间中,多肽链的“反式肽键连接”被视为蛋白质结构的一条基本规则,把顺式肽键视为不可能.随着高分辨率精确蛋白质结构数量的增加,近年来有详细的统计分析揭示,非脯氨酸顺式肽键(Xaa-nPro)在蛋白质结构中出现的几率为0.03%～0.05%,而且大多存在于功能敏感的结构区域,可能具有重要意义.但由于所用的基本结构数据都来自晶体结构,对这种反常肽键是否由结晶环境影响而形成,存在疑问.此前曾在以单体形式存在的蝎神经毒素mono-BmKM1的高分辨率结构中发现其中肽键Pro9-His10是非脯氨酸顺式肽键,并详细分析了其结构-功能意义.以二聚体存在的dimo-BmKM1的1.4"分辨率晶体结构表明,它与mono-BmKM1有不同的空间群、不同的分子堆积方式,不同的晶体环境.结构模型被高度精化,Rcryst达到0.109.dimo-BmKM1结构显示,在不对称单位中的两个M1分子在同一位置(残基9-10之间)都清晰地存在顺式肽键.立体化学分析显示,这一肽键的几何参数和局部结构与mono-BmKM1中的(9-10)顺式肽键基本相同.这一结果表明,非脯氨酸顺式肽键9-10的存在与结晶环境无关,是BmKM1分子的固有结构特征.在此基础上,综合分析了与顺式、反式肽键相关的结构元素,发现与残基(8-19)序列模体-KPXNC-(X为任意氨基酸)所决定的特征回折结构可能是分子内在的主要结构因素,其中第8位残基是Lys或Asp对决定肽键是顺式还是反式有关键作用.近来的突变实验及其晶体结构测定已证实,Lys8/Asp8是(9-10)肽键顺式/反式异构的结构开关,它们对该类分子与不同种属钠通道作用的专一选择性具有重要作用.通过BLAST搜索,发现在其他18个蛋白质中也存在相同的序列模体-KPXNC-,推测在这些蛋白质的相应肽键位置也可能存在反常的脯氨酸顺式肽键.     

二聚体蝎钠通道毒素的1.4Å分辨率晶体结构：反常非脯氨酸顺式肽键及其内在结构因素

报道了以二聚体存在的dimo-BmK M1的1.4Å分辨率晶体结构. 蛋白质中的肽键是局部双键,不可旋转,因此具有顺式 (cis) 和反式 (trans) 两种构型,它们不能通过旋转操作相互转换. 非脯氨酸顺式肽键是指形成该肽键的氨基是由脯氨酸以外的氨基酸提供的 (Xaa-nonPro),这类肽键的顺式构型的自由能远比反式高,因此极少出现在天然蛋白质结构中. 事实上,在长时间中,多肽链的“反式肽键连接”被视为蛋白质结构的一条基本规则,把顺式肽键视为不可能. 随着高分辨率精确蛋白质结构数量的增加,近年来有详细的统计分析揭示,非脯氨酸顺式肽键 (Xaa-nPro) 在蛋白质结构中出现的几率为0.03%～0.05%,而且大多存在于功能敏感的结构区域,可能具有重要意义. 但由于所用的基本结构数据都来自晶体结构,对这种反常肽键是否由结晶环境影响而形成,存在疑问. 此前曾在以单体形式存在的蝎神经毒素mono-BmK M1的高分辨率结构中发现其中肽键Pro9-His10是非脯氨酸顺式肽键,并详细分析了其结构-功能意义. 以二聚体存在的dimo-BmK M1的1.4Å分辨率晶体结构表明,它与mono-BmK M1有不同的空间群、不同的分子堆积方式,不同的晶体环境. 结构模型被高度精化, R_cryst达到0.109. dimo-BmK M1结构显示,在不对称单位中的两个M1分子在同一位置 (残基9-10之间) 都清晰地存在顺式肽键. 立体化学分析显示,这一肽键的几何参数和局部结构与mono-BmK M1中的 (9-10) 顺式肽键基本相同. 这一结果表明,非脯氨酸顺式肽键9-10的存在与结晶环境无关,是BmK M1分子的固有结构特征. 在此基础上,综合分析了与顺式、反式肽键相关的结构元素,发现与残基 (8-19) 序列模体-KPXNC- (X为任意氨基酸) 所决定的特征回折结构可能是分子内在的主要结构因素,其中第8位残基是Lys或Asp对决定肽键是顺式还是反式有关键作用. 近来的突变实验及其晶体结构测定已证实,Lys8/Asp8是 (9-10) 肽键顺式/反式异构的结构开关,它们对该类分子与不同种属钠通道作用的专一选择性具有重要作用. 通过BLAST搜索,发现在其他18个蛋白质中也存在相同的序列模体-KPXNC-,推测在这些蛋白质的相应肽键位置也可能存在反常的脯氨酸顺式肽键.     

人二氢乳清酸脱氢酶蛋白的表达、纯化及其与新型抑制剂的晶体结构

人二氢乳清酸脱氢酶（human dihydroorotate dehydrogenase, hDHODH）是催化嘧啶从头合成途径的一个关键酶。近年来,多种研究表明,抑制该酶可缓解类风湿性关节炎的症状。但该酶的抑制剂甚少,寻找该酶的高效抑制剂具有重要意义。本研究利用PCR技术扩增hDHODH基因,构建重组质粒pET-19b-hDHODH,并在大肠杆菌(Escherichia coli, E.coli ) BL21(DE3)中表达,获得可溶性蛋白质。用Ni2+-NTA亲和层析柱对蛋白质进行纯化,获得较高（90%）纯度的hDHODH蛋白,将蛋白质与抑制剂3-(5-乙硫基)-1H-1, 2, 4-三氮唑-3-)苯甲酸和底物DHO混合孵育。用Hampton试剂盒初筛晶体并用棋盘法进行优化,获得晶形完美、衍射能力很强的hDHODH蛋白复合物单晶。用X射线衍射晶体,用CCP4、Coot软件解析结构,获得hDHODH蛋白复合物晶体结构。从解析的结构中可以看出,抑制剂与蛋白质的吻合度非常高,且抑制剂通过亲水的羧基端与蛋白质356位和147位的酪氨酸形成氢键网络。抑制剂的5元环与蛋白质359位的亮氨酸和360位的苏氨酸相互作用,使抑制剂与蛋白质牢固结合。该复合物晶体结构的顺利解析,将为开发新型特异性抗类风湿性关节炎药物提供重要基础。     

General Electric公司研制出一种研究蛋白质结构的新设备

在GE的研究和发展中心工作的一名科学家研制出一种新方法,用该方法只要一天左右的时间就能显示出详细的蛋白质图象。分析蛋白质结构以往通常使用的是X射线结晶学方法,这种技术能产生清晰度低到1埃(10~(-10)米)的图象,它足以精确地测定出链中每个原     

结构生物学研究在中国

1970年代初期,中国科学工作者测定了亚洲地区第一个蛋白质晶体结构——猪胰岛素三方二锌晶体结构,成为中国结构生物学历史发展的起点.进入新世纪,该学科领域已进入国际前沿,展现出快速发展态势,正在迎来发展新时期.本篇评述包含"历史发展","现代化实验设施建设"和"深入生命世界,走进国际前沿——近年代表性研究成果集萃"三个主题节段,以较全视野反映结构生物学研究在中国的发展历程.