生物大分子国家重点实验室成果：蛋白质三维结构与功能研究(上)

　　

生物通综合：生物大分子国家重点实验室1989年经国家计划发展委员会和中国科学院批准成立，依托于中科院生物物理研究所，1991年1月通过验收并正式对外开放运行。在十几年的发展历程中，该实验室承担了多项国家重大科研任务，在蛋白质科学研究领域已形成了人才、装备、技术、经验的综合优势并取得了优异业绩。在国家组织的国家重点实验室和部门开放实验室历次评估中，均被评为优秀。由此，2006年科技部在对生物领域国家重点实验室进行评估时，生物大分子国家重点实验室被批准免于参加2006年评估，并视结果为“优秀”。以下介绍该实验室蛋白质三维结构与功能研究方向各研究组的工作进展（来源该实验室网上公布资料，分上下篇）

 

上篇介绍的课题组包括梁栋材、饶子和院士课题组

下篇介绍的课题组包括常文瑞、龚为民和江涛课题组

 

蛋白质三维结构与功能研究

 

课题1：人源及嗜热菌结构基因组研究  （梁栋材院士课题组）

 

(1) 重点分析了72个基因的重组表达，纯化了16种重组蛋白，获得了10种蛋白的晶体(包括微晶)；

(2) 在本实验室铜靶光源Mar-345 IP和Rigaku IV衍射仪上收集了7种晶体的衍射数据；

(3) 分别用单波长反常散射SAD/SIRAS方法和分子置换方法解析了3种蛋白质的晶体结构。解析的结构分别为：

• 类胰岛素生长因子-1：我们用SAD/SIRAS方法解析了mini-IGF-1 (2)的晶体结构；
• 亲环蛋白PPIase结构域；
• 小G蛋白家族ARL5-GDP3’P复合物的晶体结构；

 

课题2：双因子调控系统结构基因组研究 （梁栋材院士组）

1) 重点分析了9个基因的重组表达，纯化了4种重组蛋白，获得了2种蛋白的晶体(包括微晶)；

(2) 在本实验室铜靶光源Mar-345 IP记录仪上收集了1种晶体的衍射数据。

梁栋材院士简介：

梁栋材,分子生物物理学家，1932年生，广东人。1955年毕业于中山大学，1960年在苏联科学院元素有机化合物研究所研究生毕业，获副博士学位。中国科学院生物物理所研究员，国家自然科学基金委员会顾问。1980年被选为中国科学院学部委员，1985年被选为第三世界科学院院士。

60年代初测定了一批有机物晶体结构并与协作单位一起建立了我国第一个用于晶体结构分析的计算程序库。60年代末作为负责人之一参加了猪胰岛素晶体结构的测定，该成果获1982年国家自然科学二等奖。自1980年以来，主持胰岛素三维结构与功能研究组，该组的1.2埃分辨率胰岛素结构的精化及1.5埃分辨率去五肽胰岛素结构测定等研究成果达到国际先进水平。曾先后测定了胰岛素及其衍生物的三维结构共十八个,并对胰岛素分子三维结构特征要素、分子运动特征及胰岛素分子与其受体结合作用机制等提出了一些有价值的见解。1993年开始组织藻类捕光蛋白三维结构与功能研究，多管藻R-藻红蛋白结构的多对同晶置换法研究并已获得1.9埃分辨率的精确结构模型，藻蓝蛋白及变藻蓝蛋白的三维结构研究也已取得了重要进展。研究成果曾分别获1986年及1992年中国科学院科技进步二等奖和1987年一等奖，并两次获国家自然科学二等奖（1982年及1989年），1992年获首届王丹萍科学奖金，1995年获何梁何利科学与技术进步奖。发表学术论文100余篇及专著《X射线晶体学基础》等。

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课题3：禽流感病毒重要功能蛋白的结构研究 （ 饶子和院士组）

本研究组开展了对禽流感病毒重要蛋白质的结构生物学研究。利用原核表达系统、昆虫杆状病毒表达系统、酵母表达系统对禽流感病毒的M1 、M2、NS1、NS2、HA、NA、PA、PB1、PB2进行表达、纯化。至今已获得了其中几种蛋白的可溶性表达，并进行了纯化条件的初步摸索，相关实验正在进行中。

禽流感病毒的NP蛋白的研究作为该课题的重点。构建了NP蛋白的原核表达载体，并对其表达条件进行了摸索，获得了可溶性表达的NP蛋白。由于NP蛋白是碱性蛋白质，文献报道其可以与酸性的RNA非特异性结合构成超螺旋的复合体结构，因此需要将NP蛋白与宿主细菌核酸解离以进行纯化。我们利用疏水液相色谱技术得到了高纯度的不结合宿主核酸的NP蛋白。为探索NP蛋白在不同温度和溶液环境下的理化性质，我们利用中国科学院生物物理所蛋白质研究平台，采用动态光散射、分析超速离心等实验手段，对得到的NP蛋白进行了一系列实验，试验结果为正在进行的高通量晶体条件筛选试验进行了有益的指导。已经获得了NP蛋白的类晶物，为得到NP蛋白的晶体以及结构的解析打下了良好的基础。

 

课题4：乙型肝炎结构蛋白及其相关蛋白的结构和功能研究（饶子和院士组）

本课题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，以及各结构与其功能间的相互关系；全面详尽地把握乙型肝炎病毒对其宿主肝细胞的作用机制，确定抑制病毒的侵染过程的药物靶点和药物母核、乙型肝炎病毒基因组复制各环节的药物靶点和母核，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。目前我们已经完成了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。我们同中国药品生物制品检定所合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。

对HBV X蛋白与抑癌蛋白P53的相互作用的研究表明，X蛋白的表达可能是肝脏致癌的一种重要机制。对于X蛋白与肿瘤致病的研究以及X蛋白与其相关蛋白相互作用的研究逐渐引起人们的重视。XIP、 AIP、HCC-1、HCA58等对X蛋白的表达和调控都具有重要作用。乙型肝炎病毒X抗原（hepatitis X antigen，HBxAg）可以反式激活HBV DNA中的增强子，影响 HBV的DNA表达调控，并与原发性肝癌密切相关。此外对在HBV相互作用的蛋白质，我们也进行了选靶和表达，目前已有5种蛋白获得表达。

饶子和院士简介：

饶子和，教育部“****奖励计划”特聘教授、香港求是“杰出青年学者奖” 获得者。现任中科院生物物理所所长；清华大学校务委员会委员、教授、博士生导师、"蛋白质科学"教育部重点实验室主任、国家自然科学基金委"创新群体"学术带头人；中国生物物理学会常务理事、分子生物物理专业委员会主任；中国晶体学会常务理事、生物大分子专业委员会主任以及亚澳晶体学会国际委员会主席等学术职务。2003年，当选为中国科学院院士并获得何梁何利基金科学与技术进步奖，作为首席科学家或项目负责人主持了国家“973”、“863”、“重大专项”和“自然科学基金”等多项基金项目。长期以来，一直从事与人类疾病和重要生理功能相关的蛋白质晶体结构与功能关系的研究，取得一批研究成果。已经发表113篇学术论文，其中包括发表在Cell、Nature、J. Mol. Biol.、J. Biol. Chem.、J. Am. Chem. Soc.等学术刊物上。研究方向为蛋白质结构、功能与创新药物。

续：生物大分子国家重点实验室蛋白三维结构功能研究进展（下）（常文瑞、龚为民、江涛课题组研究进展）