论文部分内容阅读
随着人类及许多重要模式生物基因组测序的完成，相应的以基因的转录与翻译为中心的后基因组学研究工作快速展开，而结构基因组学便是众多组学之一。结构基因组学是以X射线晶体学、核磁共振波谱学(NMR)以及计算生物学等为主要研究手段，大规模测定基因产物等生物大分子的三维结构。以美国NIH的PSI(the Protein Structure Initiative)蛋白质结构计划为代表，结构基因组学在全世界范围内迅速发展并已取得巨大成就。中国紧随其后开始大力推动包括结构基因组学在内的“蛋白质研究计划”，并作为《规划纲要》列出的四大基础研究计划之一。
结构基因组学与其它组学类似，容易被误解为“大科学”，背离生物学的传统研究方式。然而由结构基因组学这类新兴学科所派生出的系统性、高效率、大规模的研究策略与方法，是能够为广大生物学实验室，包括一般大学实验室所进一步发展和应用。本课题主要涉及在北京大学结构生物学(蛋白质晶体结构)实验室建立一个以结构基因组学研究为基础的大规模、自动化的高通量平台，以及将该平台扩展应用于其它相关领域的研究。
高通量的蛋白选靶。通过脚本的方式将已有的和自主开发的计算分析和预测软件整合，建立一个高通量选靶的软件平台。以研究目的和实验需求为基础，通过一系列的同源比对、蛋白家族及结构功能域预测、跨膜区和信号肽预测、酶切位点查找、二级结构预测、无序区域预测等，灵活地进行半自动化的高通量选靶、表达片段设计以及最后的引物设计。这里以变形链球菌基因组的选靶和对一个蛋白家族相关结构域的表达片段设计为例来说明。
大规模、自动化的克隆、表达和晶体生长。以BiomekFX为中心的高通量的常规克隆和表达系统已基本建立。这里将GatewayIM克隆表达系统引入该平台并优化该反应体系降低实验成本；对磁珠法质粒纯化进行改进，可以制备高浓度并适于转染HEK293的质粒；编写自动化测序结果分析程序；对某些实验细节操作上的进一步自动化。最后利用该系统成功进行300个人类基因的2套不同载体的克隆、蛋白表达和鉴定并制备蛋白样品进行质谱研究。
此外还利用BiomekFX并结合本实验室自主开发的仪器实现自动化的坐滴法晶体生长，并且参与发展新的结晶方法SLIM(Solid Liquid Interface Method)，以及自动化晶体观测系统软件部分的开发。
结构解析和分析。对单波长反常散射法(single anomalous diffraction)和分子置换法(Molecular Replacement)结构解析方法进行初步研究，并成功解析19个新蛋白质的晶体结构，其中一个结构通过结合SAD和MR方法而获得。本文以解析的结构为实例从从数据分析、SAD方法、MR方法三个方面来具体阐述。
此外对上述某些解析的结构还进行进一步的结构分析、计算和功能研究，本文以其中两个结构为例具体阐述，包括1)转录调控因子BsYsiA与其DNA复合物的结合研究；2)功能未知蛋白SMU.440的生物信息学分析和功能预测以及其相关蛋白SMU.441的初级晶体学研究。