《人工設計蛋白質的可摺疊性的高效實驗檢測與最佳化》是依託中國科學技術大學，由陳泉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：人工設計蛋白質的可摺疊性的高效實驗檢測與最佳化
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳泉
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
蛋白質序列設計有著廣泛套用前景。如何設計熱力學、動力學特性以及序列多樣性與天然蛋白類似的人工序列，是並未解決的問題。目前，相關方法發展的主要障礙之一，是缺乏對序列可摺疊性進行實驗測定的高效方法。對設計序列是否可摺疊只能逐條檢驗，成本高，效率低，有限的實驗結果很難提示如何改進理論方法。本課題主要研究對序列可摺疊性進行檢測的高效實驗方法：擬採用基於Split β-內醯胺酶將蛋白質摺疊穩定性與宿主的抗藥性關聯的系統，將其套用於對理論設計序列，特別是對根據統計勢能函式設計的序列的可摺疊性進行系統分析；還擬利用該實驗體系的高效篩選能力對設計序列的摺疊能力進行實驗改進和最佳化，從而為改進設計方法提供可靠的實驗反饋和指導。
結題摘要
作為生命功能的主要執行者，蛋白質胺基酸序列和空間結構之間的關係是科學界懸而未決的課題。如何在廣袤的序列空間中選擇合適的序列，使之摺疊成特定的結構，不但有助於認識這一科學問題，而且能夠為按需創造人工功能蛋白打下基礎。近十年來國際上蛋白質設計領域取得了一些重要進展，但有實驗驗證的自動設計方法只有寥寥一兩種，缺乏高通量、高效率檢驗序列可摺疊性的實驗技術，是限制序列從頭設計進一步發展的關鍵因素。 我們建立了基於β內醯胺酶活性的高效鑑定篩選普適性平台，可用於對設計蛋白摺疊性的鑑定和篩選。針對特定的目標序列，已成功設計序列、鑑定其摺疊性並解析其三維結構。對於未直接獲得摺疊性較好的目標序列，通過β內醯胺酶系統定向進化獲得了最佳化的穩定摺疊的蛋白突變體，並在此基礎上將實驗信息反饋於理論設計，在一定程度上指導了序列設計的最佳化，為理論驗證和篩選提供了有效快捷的平台。基於統計能量函式構建策略建立的設計方法，直接或通過進化獲得的可摺疊性較好的序列，用X-射線晶體學或多維核磁共振方法進行結構解析，與設計模版結構比對表明，四個穩定摺疊的人工設計蛋白的實際空間結構與設計目標高度一致，反映出此設計方法及摺疊性檢測最佳化平台的高效性。理論設計與實驗反饋相輔相成，為蛋白質結構功能的設計改造提供了新方法和新工具，客觀檢驗和拓展了我們對蛋白質序列-結構關係這一分子生物學中最基礎問題的認識。本項目工作發表於2014年10月的Nature Communications。
