膠原蛋白甘氨酸突變導致成骨不全症的分子機制研究

《膠原蛋白甘氨酸突變導致成骨不全症的分子機制研究》是依託蘭州大學，由肖建喜擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：膠原蛋白甘氨酸突變導致成骨不全症的分子機制研究
• 依託單位：蘭州大學
• 項目負責人：肖建喜
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

作為人體中含量最豐富的蛋白質，膠原蛋白扮演著重要的雙重角色。一方面它作為結構蛋白, 為皮膚、骨骼、軟骨和血管壁提供抗拉強度；另一方面,它具有高度生物活性。I型膠原蛋白具有特徵性的（Gly-X-Y）n重複序列和三重螺旋結構，即使一個單一的甘氨酸突變也會導致成骨不全症（OI）。成骨不全症的表型差異很大，變化範圍從輕度的骨質脆弱，到圍產期致死病例；然而，成骨不全症的表型和膠原蛋白基因型之間的關係尚不清楚。本項目我們通過對膠原蛋白Gly突變的生物信息學，NMR和CD方法的整合研究，從序列，結構，動力學，穩定性以及功能等多個層面，全面解析成骨不全症的分子機制，重點闡明有代表性的Gly-Ser，Gly-Arg以及整合素結合位點附近的OI突變被其鄰近序列調控表型嚴重程度的作用機制，有助於開發新的成骨不全症基因診斷和治療的方法。

結題摘要

膠原蛋白是人體的關鍵結構蛋白，即使一個單一的甘氨酸突變也會導致成骨不全症。成骨不全症的表型差異很大，然而其具體的分子機制非常複雜，涉及膠原單鏈，三聚體和組裝體等多個分子層面。本項目我們通過設計有代表性的甘氨酸突變模擬多肽，結合生物信息學，核磁共振和圓二色譜方法，從序列，結構，動力學，穩定性等多個角度，解析成骨不全症的分子機制。我們成功建立了一個更完整有效的決策樹模型來闡明成骨不全症的基因型與表型的關係，該模型可以根據膠原突變位點的鄰近序列準確預測成骨不全症的表型。我們發現，甘氨酸突變對膠原多肽三重螺旋結構和摺疊速率的破壞程度與其成骨不全症的嚴重程度息息相關。我們還首次發現，中斷序列可能幫助形成三聚體結構，而不是傳統上認為的破壞三聚體的結構。 對膠原相關疾病的分子機制的深入研究，急需開發高效的檢測方法。我們新建立的螢光方法只需要極少量的非同位素標記的樣品，克服了傳統方法的缺陷，可以更靈敏高效地檢測膠原三重螺旋結構。我們構建的探針多肽，可以在nM水平，檢測膠原多肽是否形成三聚體結構，並確定其精確的螺旋組成。我們還首次建立了高特異性的氧化石墨烯平台，可以檢測非摺疊狀態和三重螺旋結構下的膠原肽。不僅如此，我們還首次建立了一個基於試紙的膠原三重螺旋結構的快速，廉價的檢測方法。這些新穎的膠原檢測方法，可以用於複雜生物樣品的高靈敏檢測。 我們還成功構建了一個新型的簡單可控的膠原多肽自組裝體系，可以用於膠原從單鏈到組裝體全過程的深度研究。我們發現，膠原蛋白特異性的三重螺旋結構和胺基酸重複序列可能賦予膠原蛋白作為生物模板的獨特優勢。總之，我們深度解析了膠原蛋白甘氨酸突變導致成骨不全症的分子機制，建立了膠原蛋白三重螺旋結構的新型高效的檢測方法，並且構建了膠原肽自組裝仿生體系，為我們進一步深度研究膠原疾病的發病機制和診斷策略提供了強大工具，為纖維增生性疾病的早前檢測與治療提供了新的思路。