蛋白质三维结构与功能研究
1、嗜热菌和人源结构基因组的结构分析
梁栋材组
（1）利用单波长反常散射方法解析了人源Dnlc2a的1.9Å的三维结构
Dnlc2a是RLC7家族的一个成员。它作为动力蛋白的轻链，通过与中轻链IC74的C末端相互作用，参与了动力蛋白的组装。此外，Dnlc2a作为TGF信号系统中受体II的结合蛋白，在参与动力蛋白调节以及癌症发展方面有重要作用。根据晶体结构分析了其可能的蛋白质结合位点，发现Dnlc2a是以二聚体形式存在，二体之间通过20个氢键及疏水相互作用紧密连接在一起。与其它蛋白质结合的可能位点主要存在于二体的一面，包括α螺旋α1/α1 及它们之间两个单体的由10个β折叠片拼接而成的β折叠片层。这一表面形成一个弯曲的正电通道，可以通过盐桥与其它蛋白质相互作用。其中，由残基79－82，88，90等围成一个带正电性空洞，可能是参与于其它蛋白质尤其是IC74相互作用的关键位点。文章已发表（Biochemical and Biophysical Research Communications）。
（2）完成了来自嗜热菌T.tengcongensis中二种重要功能酶的三维结构研究
①利用单波长反常散射(SAD)方法解析了T4蛋白的2.15Å的三维结构。T4属于具有类β-内酰氨酶结构域的金属水解酶家族，该蛋白折叠形式为αβ/βα 形式，β-内酰氨酶折叠结构域的金属结合位点在水解共价键的过程中起作用。文章正在整理中；
②同时完成甘油磷酸二脂酶GDPD的2.0Å的三维结构。结构分析表明：其结构核心是由α8/β8的桶状折叠构成，Glu 44, Asp 46 和 Glu 119 组成了一个金属结合位点。结构与功能分析工作正在进行中。文章正在整理中。
2、重要病毒蛋白质三维结构研究
饶子和组
（1）SARS病毒蛋白质及相关蛋白的结构和功能研究
我研究组对BJ01毒株中SARS基因组的全部结构蛋白和非结构蛋白进行了克隆表达，展开了对SARS冠状病毒蛋白质组学的研究。在之前工作的基础上又解析了SARS冠状病毒NSP10和NSP15(MHV)以及SARS病毒和MHV的S蛋白融合核心蛋白及其复合物的晶体结构。利用SARS冠状病毒主要蛋白酶（3CLpro）及其复合物的三维结构设计了一系列针对四种冠状病毒都有效的抑制剂。
（2）禽流感病毒重要功能蛋白的结构研究
禽流感病毒重要蛋白质的结构生物学研究及药物设计工作。分别在原核、昆虫杆状病毒以及酵母等表达系统构建了十个禽流感重要蛋白质的表达载体。对可溶性表达的NP、NS1、NS2和M1、M2结构域进行晶体生长条件摸索和优化。目前我们正在进行基于NA抗原的NA单克隆抗体制备鉴定工作；同时也进行了针对NA和HA相关结构模拟和药物设计方面的工作。
（3）乙型肝炎结构蛋白及其相关蛋白的结构和功能研究
通过解析乙型肝炎病毒（hepatitis B virus, HBV）主要结构蛋白S蛋白、P蛋白和X蛋白的三维结构，研究各蛋白分子和相关复合物的功能，为针对乙型肝炎的药物设计和治疗方法提供结构生物学基础。目前已经完成了HBV聚合酶和X蛋白（含domain）的表达，正在进行共表达和蛋白质的纯化工作；得到了酵母系统和哺乳动物细胞表达的HBV S 蛋白质，目前已获得微晶，进一步优化中；此外目前已有多个与HBV相互作用的蛋白质获得表达。
（4）诺罗病毒结构和功能研究
诺罗病毒是引起人类传染性胃肠炎的主要的非细菌病原体。病毒衣壳蛋白中的P结构域直接参与这个过程。我们得到了2.0 ?的重组P蛋白与A型和B型合成三糖复合物的晶体，并进行了结构解析，从而准确定位了HBGA末端糖抗原与病毒衣壳的识别位点，并且阐明其识别机理。
3、光合膜蛋白的结构与功能
常文瑞组
以高等植物光合作用系统中的PS-II为研究对象,使用蛋白质晶体学,生物化学和分子生物学的研究方法和手段,对组或PS-II的不同层次的蛋白色素复合体开展结构与功能研究,旨在从原子水平的三维结构的基础上,探讨光能吸收、传递及能量转换的机制。
高等植物的PS-II由二十多种蛋白色素复合物组成,可分为捕光色素复合物、反应中心复合物和放氧复合物等不同层次,不同功能的复合体。本课题在己首先突破菠菜主要捕光复合物LHC-II的晶体结构的基础上,又已完成黄瓜主要捕光复合物的晶体结构分折, 2.66Å分辫率的电子密度图清晰表明LHC-II中两个Lutein分子具有不同的构象, 分析结果认为由Lut620与Chla611/612叶绿素对组成的有利于能量传递的特征结构是LHC-II分子可能的激发能淬灭位点,并认为结晶过程中分子间作用力引起的构象变化是形成这一淬灭位点的主要原因.研究结果己总结成论文(待发表)。PS-II中其它组分,包括次要捕光复合物、PS核心复合物等的样品制备纯化和结晶的探索工作己启动,进展正常。
4、一些重要蛋白质及其复合物的三维结构与功能研究
王大成组
主要进展情况如下：（一）完成４个新蛋白质的结构解析：(1) 甜味蛋白Mab II，是一种甜味蛋白的全新结构类型，通过实验确定了其主要活性位置和与甜味受体相互作用的特征。(2) 氨基酸结合蛋白（复合物）Glu/Asp BP，是细胞中氨基酸传输系统的重要组成部分，结构在原子分辨率（1.15Å）解析。(3) 肉碱代谢重要酶CaiE，结果显示该分子具有十分少见的左手螺旋结构，并给以确切的功能指认。(4) 人氯离子通道CLIC4结构，首次观察到三聚结构。另有３种蛋白质的结构解析正在进行中。（二）启动Cul3介导的泛素连接酶复合物的结构与功能研究：已建立Cul3和BTB蛋白SPOP重组可溶表达体系，开始构建Cul3-SPOP稳定复合物。（三）抗肿瘤蛋白AAL的作用通路及其靶蛋白研究：AAL为从我国药用植物中发现的一种抗肿瘤蛋白。已完成AAL的高分辨率晶体结构解析，同时构建了10个功能相关突变体，深入研究了结构-功能关系；建立了进行作用通路研究的基本条件。（四）蛋白质NCg1110与DNA复合物的研究。NCg11110是微生物芳香基团降解途径的转录调控蛋白，已获得其可供X-ray衍射分析的结晶，确认其辨识的基因，开始鉴定其专一结合的DNA片段，为NCg11110-DNA复合物构建建立条件。
5、人二磷酸甘油酸变位酶的研究
龚为民组
二磷酸甘油酸变位酶是红细胞中特有的酶，它催化一系列分子间的磷酸基团转移反应，其主要功能是催化血红蛋白的别构效应因子——2，3-二磷酸甘油酸的合成反应。本研究中我们直接观察到了酶活性中心与底物在磷酸转移过程中的时实运动过程。我们解析了磷酸基团转移过程中不同阶段的一系列高分辨率的二磷酸甘油酸变位酶与2，3-二磷酸甘油酸共结晶的晶体结构。这些结构不仅清楚地阐明了二磷酸甘油酸变位酶这类酶家族的底物结合方式，而且以一种“慢电影”的方式描述了关键的组氨酸被磷酸化的完整过程，同时我们还观察到二磷酸甘油酸变位酶的构造随着反应的进行不断地发生着变化。这些结果为“直线”的磷酸转移机制提供了直接证据，同时也确定了一些关键氨基酸在磷酸转移过程中的作用。
6、吡哆醛激酶以及雄性激素受体的晶体结构研究
江涛组
（1）吡哆醛激酶属于核糖激酶超家族成员，它催化维生素B6 ATP依赖的磷酸化反应，使之转变为磷酸吡哆醛。 我们利用大肠杆菌表达人吡哆醛激酶，并解析了其2.8Å的晶体结构。与天然羊脑吡哆醛激酶的晶体结构比较后发现，一段在活性位点处起关键作用的12个残基肽段在羊脑吡哆醛激酶中呈现“loop”状态，而在人吡哆醛激酶中呈现ß-折叠/loop/ß-折叠“flap”的构象。此外，人吡哆醛激酶拥有更加疏水的ATP结合口袋。该晶体结构的解析将有助于人们对人吡哆醛激酶生化性质的深入了解并开展以结构为基础的相关药物设计。
（2）雄性激素受体（AR）是胆固醇类细胞核受体超家族中的一个重要成员，在基因水平上调节雄性激素睾丸激素和二氢睾酮的受体活性。 LGD2226是一种合成的非甾醇类的新型具有组织选择性的AR配体，在动物模型的试验中已经证实，它能够阻止骨骼的流失，促进骨骼的新生，促进肌肉的生成，同时降低了在前列腺中的副作用。我们解析了LGD2226－AR LBD复合物的晶体结构，分辨率达到了2.1埃，并且比较了它与R1881－AR LBD复合物的结构，进一步的揭示了它们结构的细微差别，我们认为这些细节上的差别与非甾醇类AR配体的组织选择性密切相关，这将有助于拓展雄性激素治疗的研究与应用。
7、酵母DCN-1和人复制起始复合物中ORC6的结构与功能研究
刘迎芳组
(1)DCN-1参与蛋白质泛素化类蛋白Nedd8修饰过程的分子机制
DCN-1是一个新发现的起促进蛋白质泛素化蛋白Nedd8修饰过程的分子，在酵母及线虫中，DCN-1的缺失造成Ubiquitin E3 ligase 组分CULLIN（Cdc53）蛋白Nedd8修饰水平的下降，但是DCN-1在Nedd8修饰过程中的作用机制尚不清楚。我们解析了酵母DCN-1全蛋白的三维结构，发现该蛋白是一种砖型结构，结构中可见的区域为全helix结构，表面正负电荷分别分布在蛋白两侧，并且与一种Ubiquitin E3 ligase蛋白CBL有相似的EF-hand结构域，另一个结构域也与CBL有类似的折叠方式。根据这一结构特性，我们推测这一蛋白可能是Nedd8修饰过程中的E3 ligase，进而推测该蛋白与另一已知的Nedd8修饰过程中的E3 ligase Rbx-1相互作用。我们体外实验证明了两者的相互作用。根据以上结果，我们构建了DCN-1参与蛋白修饰的分子模型。
(2)人复制起始复合物ORC的修饰亚基的结构与功能研究
ORC（Origin Recognition Complex）是真核生物染色体复制起始蛋白复合体，在DNA复制过程中结合于复制起始位点，进一步招募其它复制所需蛋白，从而启动DNA复制过程。这一复合体由6个亚基组成，分别为Orc1-6，Orc1-5为含AAA型ATPase类结构域的蛋白，而Orc6与其它5种蛋白都不同，是复合体的调节亚基。尽管这一复合体十分重要，但一直没有获得它的结构。我们首先从Orc6入手，开展解析这一蛋白结构工作。我们获得了该蛋白一个结构域约100氨基酸的结构。结果表明，该蛋白极有可能是招募其它DNA复制酶的分子，并且参与与DNA的相互作用。进一步研究在进行中。
8、人源多功能转录共激活因子p100结构与功能研究
刘志杰组
IL-4 信号传导通道是人体免疫反应的重要通道之一。实验表明IL-4 信号传导通道与许多疾病如过敏，哮喘，癌症等密切相关。多功能转录共激活因子p100蛋白是此通道中的一个非常重要多种功能蛋白。p100蛋白发现至今已有近十年历史。到目前为止，发现的p100蛋白涵盖的功能有：p100蛋白是EBNA2的转录调控激活因子；p100蛋白与转录因子cMyb和丝氨酸/苏氨酸激酶pim1结合并增强活性；p100蛋白与病毒mRNA合成密切相关的nsp1特异性结合；p100蛋白是RNA介导的沉默复合物(RISC)的重要亚基之一，并能够与富含U·I和I·Upair的dsRNA相互作用；p100蛋白作为共激活因子促进STAT5和STAT6介导的转录活性调控，并形成多种蛋白质复合物，包括RNApolII-p100-STAT6；p100-STAT5；STAT6-p100-RHA等。目前为止尚无有关p100的全面的结构和功能研究的报道。
我们表达和纯化了人源p100蛋白Tudor结构域，并获得了晶体，解析了其精细三维结构，为进一步研究p100和蛋白质复合物的结构和功能提供了有利证据。目前进一步的结构和功能分析正在进行中。
9、线粒体呼吸链复合物结构与功能研究
孙飞组
本课题组利用电子显微镜和X射线晶体的方法开展膜蛋白、病毒以及生物超分子复合体的结构研究。研究方向为现代结构生物学，包括X射线结构生物学、冷冻电镜结构生物学和冷冻电镜断层成像的细胞结构学三个大的方面。
研究进展包括：己经成功纯化了含13个亚基的大肠杆菌NDH－1膜蛋白复合物，并获得了类晶物；获得了细菌脂蛋白合成通路上两个重要膜蛋白的晶体；与王志珍院士研究组合作，解析了内质网蛋白质质量控制系统中第一个人源全长ERp44蛋白的三维晶体结构，目前正在进行总结和文章写作；利用电镜和X射线晶体学开展利用二型分子伴侣α和β的结构研究，成功利用负染方法完成了α分子外形的三维重构，观察到了同一种复合体内的两种分子构像，此外还获得了α分子和β分子的晶体，进一步的冷冻电镜工作和晶体学工作正在开展中。
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