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“十二五”丨真核膜蛋白和蛋白质复合体结构与功能关系

中科院之声 2019-06-18 18:50:32

编者按:日前,中科院正式发布了25项“十二五”期间通用领域重大科技成果及标志性进展。中科院之声推出“中国科学院‘十二五’标志性重大进展”专栏,为您盘点回顾这25项标志性重大进展。


标志性重大进展:真核膜蛋白和蛋白质复合体结构与功能关系


牵头研究单位:中国科学院生物物理研究所


成果介绍:


后基因组时代,“生命蓝图”的绘制已初现端倪,而生物体如何实现自身这一最为复杂、最为精密的“机器”的正常运转?生物大分子及其复合体是生命活动的“执行者”,生物大分子的功能与结构是破解生命奥秘的关键。中国科学院生物物理研究所以“生物超大分子复合体的组装调控与细胞生命过程关系”为核心科学问题,围绕真核细胞膜蛋白、染色质结构与细胞命运决定、感染与免疫的结构基础等前沿方向,开展真核细胞膜蛋白结构与功能研究,解析高等植物光合膜蛋白及其复合体的三维结构,阐明跨膜信号传递重要蛋白质的结构基础;研究从染色质结构到细胞命运决定的分子机理,阐明30 nm染色质纤维超分子复合体的组装和调控机理;研究感染与免疫的结构基础,解析全病毒颗粒的原子分辨率结构、炎症小体、新型病毒的核蛋白-RNA复合体结构。取得以下成果:

1)30 nm染色质的高级结构与细胞命运决定

利用冷冻电镜三维重构技术解析的30n染色质左手双螺旋高清晰三维结构,继DNA结构解析后,在理解染色质如何装配问题上迈出重要一步,解决了染色质到底是单股纤维还是双股纤维这个根本性的问题。2014年4月25日,“染色质左手双螺旋高清晰三维结构”在Science上以长幅研究论文报道。

2)高等植物捕光复合物的结构与功能

在国际上率先完成了菠菜主要捕光天线复合物LHC-II、次要捕光复合物CP29、植物光保护蛋白PsbS的高分辨率晶体结构解析工作,相关成果发表在Nat. Struct. Mol. Biol (2011, 2015)、Plant Cell (2014)等刊物。首次发现了一种新型的膜蛋白三维结晶方式,获得国家自然科学奖二等奖。

3)CRISPR系统中Cascade复合物的结构解析

Cascade复合物的质量约为405kDa,外观上呈现出近似于“海马”的结构,通过深入研究,获得了分辨率为3.05 Å的X射线晶体结构,为研究Cascade如何发挥功能提供了重要依据,相关成果发表在 Nature(2014)、PNAS(2014)等刊物上。

4)细菌膜脂分子生成及膜蛋白组装

阐明了细菌脂多糖分子跨外膜转运与组装机理,阐明了革兰氏阴性细菌表面淀粉样纤维的生成机理,初步揭示新生β-桶状膜蛋白插膜生成机理,揭示了细菌将防御屏障的重要元件脂多糖运送到外膜上的机制,为开发出靶向细菌外膜的新抗生素策略开启了大门。相关成果发表在Nature(2014)、PNAS(2015)等刊物上。

5)小RNA病毒感染和致病的分子机制研究
在小RNA病毒研究领域取得了一系列重要的突破,揭示了手足口病病毒、甲型肝炎病毒等感染的分子机制,开发出了抑制病毒感染的特效抑制剂,引领了国际相关领域的研究方向,为重大传染性疾病的防控提供了重要的科学依据,相关成果发表在Nature(2015)、Nat. Struct. Mol. Biol (2012, 2014)等刊物上。




小RNA病毒感染和致病的分子机制研究


在小RNA病毒研究领域取得了一系列重要的突破,揭示了手足口病病毒、甲型肝炎病毒等感染的分子机制,开发出了抑制病毒感染的特效抑制剂。


细菌膜脂分子生成及膜蛋白组装


阐明了细菌脂多糖分子跨外膜转运与组装机理,阐明了革兰氏阴性细菌表面淀粉样纤维的生成机理,初步揭示新生β-桶状膜蛋白插膜生成机理。



CRISPR系统中Cascade复合物的结构解析


Cascade复合物的质量约为405kDa,外观上呈现出近似于“海马”的结构,通过深入研究,获得了分辨率为3.05 Å的X射线晶体结构。



高等植物捕光复合物的结构与功能


在国际上率先完成了菠菜主要捕光天线复合物LHC-II、次要捕光复合物CP29、植物光保护蛋白PsbS的高分辨率晶体结构解析工作。首次发现了一种新型的膜蛋白三维结晶方式。



30nm染色质的高级结构与细胞命运决定


利用冷冻电镜三维重构技术解析的30n染色质左手双螺旋高清晰三维结构



“生命机器”


“生命机器”的运转依靠细胞内成千上万的生物大分子及其复合体来执行