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CB911000-G-蛋白质的生成、修饰与质量控制项目名称:蛋白质的生成、修饰与质量控制首席科学家:SarahPerrett中国科学院生物物理研究所起止年限::中国科学院一、关键科学问题及研究内容关键科学问题:本项目的关键科学问题是:细胞如何实现对蛋白质合成、折叠、修复、降解及修饰不同环节的质量控制;在应激条件下蛋白质质量控制体系如何调控;蛋白质异常修饰对质量控制体系的影响及其相关疾病发生发展的机制等关键科学问题。重点研究蛋白质合成的精确控制机制;蛋白质折叠尤其是内质网和线粒体氧化折叠系统中关键蛋白的结构与功能及相互作用网络;分子伴侣在错误折叠蛋白的修复与降解中的作用;应激条件下质量控制体系中蛋白质的氧化还原修饰调控;蛋白质异常修饰在细胞及动物水平产生的影响。通过系统研究蛋白质质量控制体系不同环节关键蛋白的功能和相互关系,获得蛋白质质量控制分子机制的全景网络。主要研究内容:本项目深入系统研究蛋白质生物合成的质量控制、蛋白质的氧化折叠与氧化还原修饰、蛋白质错误折叠及分子伴侣的作用、蛋白质的异常修饰与疾病的关系。系统开展蛋白质质量控制关键蛋白和相互作用网络研究,分析关键蛋白质或调控因子在蛋白质质量控制过程中的功能及在生理与病理状态下的动态变化,筛选对氧化折叠和质量控制具有调控功能的小分子化合物。探索环境因素诱导的蛋白质异常修饰与认知障碍之间的关系,开发试用于老年性痴呆症临床诊断的生物标记物。-tRNA合成酶(LeuRS)对特异氨基酸及其对应的特异tRNA之间相互识别匹配的机制;鉴定依赖和非依赖tRNA的转移前编校发生的位点;tRNA的氨基酸接受臂(eptorarm)在氨基酰化活性中心和编校活性中心之间的动态转位过程;tRNA关键核苷酸在氨基酰化反应、编校反应各步和蛋白质翻译起始阶段的具体作用机理;探索LeuRS中某些特定结构域的功能;肽酰-tRNA移位相关的两个因子EF-G和LepA调控下的氨基酰-tRNA正向移位与反向移位的识别条件、作用位点、信号传递途径;研究在高等生物中反向移位的生理意义。(Ero1α、Ero1β、PDI和Prx4等)的相互作用网络。采取分子生物学、生物化学、细胞生物学和结构生物学等多种学交叉技术手段,研究Ero1活力的调节、Ero1与PDI相互作用、内质网过氧化氢的有效清除机制和阐述新的蛋白质氧化折叠分子QSOX1的功能等,获得内质网蛋白质氧化折叠调控的网络关系(Ero1-PDI,H2O2-Prx4/Gpx7/Gpx8-PDI,QSOX1)。解析线粒体Mia40-Erv1和Mia40-底物蛋白复合体的结构,解析线粒体膜间隙中血红素/铜转运蛋白和其他具有重要生物学功能的蛋白的结构,阐明线粒体的氧化折叠电子传递机制。;研究内质网氧化折叠相关蛋白质(Ero1和Prx4等)的亚硝基化及谷胱甘肽化修饰的生理意义。巯基氧化还原修饰对蛋白质质量控制体系(分子伴侣、泛素-蛋白酶体系统及自噬系统)关键蛋白(Hsp70、Hsp40、泛素化E1连接酶UBA1、UBA6、E2连接酶UBA3、去泛素化酶USP5、USP10、ATG)功能的影响。筛选对氧化折叠和质量控制具有调控功能的小分子化合物。(Prion、Tau、α-Synuclein、TDP-43、PolyQ蛋白)为模型和对象,综合应用生物化学、分子生物学、结构生物学和细胞生物学的先进技术方法,研究蛋白质的错误折叠、淀粉样聚集和包涵体形成的分子机制和生物效应;蛋白质翻译后修饰及大分子拥挤对蛋白质聚集的调控;蛋白质错误折叠和疾病发生的内在联系以及筛选和设计对蛋白质聚集和包涵体具有调控功能的小分子化合物。系统研究分子伴侣(Hsp70、Hsp90、Hsp104、GroEL、TriC、ERp57)和辅伴侣(CHIP、HSJ1、USP19、BAG6)在蛋白质错误折叠的发生和清除中的调节作用。,即采用醛类(甲醛、核糖等)诱导细胞和动物脑内Tau、α-Synuclein等蛋白过度磷酸化;研究过度磷酸化对Tau、α-Synuclein等蛋白结构与功能的影响;探索在“醛应激”状态下的蛋白质过度磷酸化及其相关作用网络规律,如醛类与细胞的相互作用通讯网络,蛋白质质量控制体系的作用、激酶与磷酸化系统的调节、突触间联络的损伤及神经细胞死亡的机制。阐明异常修饰(过度磷酸化、非酶促糖基化等)与蛋白质错误折叠之间的关系,醛应激导致的蛋