Ⅴ型anti-CRISPR蛋白结构与功能机制研究

Ⅴ型anti-CRISPR蛋白结构与功能机制研究

论文摘要

CRISPR(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)是细菌和古细菌在百万年的时间中在和噬菌体的对抗中获得的一种适应性免疫防御机制,该结构与一些功能相关的蛋白质(CRISPR-associated,Cas)合称CRISPR-Cas系统。由于其致突变效率高、操作简单及成本较低的特点,近年来对CRISPR/Cas系统的研究获得越来越广泛的关注。该系统迅速在各领域中得到广泛应用,被认为是一种具有广阔应用前景的基因组定点改造分子工具。CRISPR蛋白是一类存在于细菌体内的免疫蛋白,在抵抗噬菌体侵染的过程中起到了至关重要的作用,在噬菌体侵染过后获得噬菌体的基因片段,进而编译到自身的DNA序列当中,在基因组上显示为一段重复序列即CRISPR,再利用其独有的通过RNA介导的特异性识别DNA序列能力,将再次侵染的噬菌体的DNA序列识别出来,利用CRISPR蛋白的结构域将噬菌体的DNA进行切割,达到免疫噬菌体的作用,而在亿万年的噬菌体和细菌的共进化过程中,噬菌体也进化出了可以抵抗CRISPR系统的机制,在这些机制中,作用最为明显的就是anti-CRISPR蛋白,anti-CRISPR蛋白普遍是编译在噬菌体的基因组中,在CRISPR蛋白起作用的各个关键节点中,其中anti蛋白与CRISPR的活性位点相结合阻碍CRISPR与底物结合这一个抑制机理是比较常见的机制。首先进行CRISPR及anti-CRISPR蛋白的纯化,然后进行复合物的组装,然后获得结构,获得结构主要有一下两种途径:1.复合物共结晶,得到晶体后在上海同步辐射光源进行数据收集后进行结构的解析,最终获得2.7A的蛋白质晶体结构;2.冷冻电镜,冷冻电镜收集数据后进行结构解析,最终获得蛋白质和anti蛋白的复合物结构。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 课题研究的背景和意义
  •   1.2 CRISPR系统简介
  •   1.3 CRISPR-cas系统的分类
  •     1.3.1 第一类CRISPR-Cas干扰系统
  •     1.3.2 第二类CRISPR-Cas干扰系统
  •   1.4 CRISPR的其他应用及展望
  •   1.5 CRISPR免疫的主要机制
  •     1.5.1 对入侵核酸的记忆
  •     1.5.2 前间隔序列的选择和处理
  •     1.5.3 间隔序列整合
  •     1.5.4 初始间隔的获取
  •   1.6 噬菌体拮抗CRISPR-Cas系统
  •     1.6.2 平衡CRISPR-Cas的收益和成本
  •     1.6.3 CRISPR-Cas除了免疫之外的功能
  •   1.7 CRISPR的未来方向
  •   1.8 蛋白结构获取
  •     1.8.1 基于晶体的结构解析
  •     1.8.2 基于冷冻电镜的结构解析
  •   1.9 本课题主要研究内容
  •     1.9.1 CPF1基因的克隆
  •     1.9.2 CPF1抑制蛋白基因的克隆
  •     1.9.3 蛋白CPF1及抑制蛋白的纯化
  •     1.9.4 CPF1与其抑制蛋白的复合物获得
  •     1.9.5 CPF1与其抑制蛋白的晶体获得
  •     1.9.6 HKL2000处理X-ray衍射数据
  •     1.9.7 Phenix进行分子置换
  •     1.9.8 coot手动搭建模型
  • 第2章 材料与方法
  •   2.1 实验材料
  •     2.1.1 质粒细胞与菌株
  •     2.1.2 分子克隆相关的生物试剂
  •     2.1.3 蛋白纯化试剂
  •     2.1.4 主要实验仪器
  •   2.2 实验方法
  •     2.2.1 表达载体的构建
  •     2.2.2 低温电磁数据采集及图像处理与细化
  •     2.2.3 晶体数据的收集
  •     2.2.4 上海同步辐射光源数据的收集
  • 第3章 蛋白纯化结果及分析
  •   3.1 蛋白的纯化及表达
  •     3.1.1 Ⅴ型 CRISPR及其anti蛋白的表达与纯化
  •     3.1.2 Ⅴ型CRISPR及其anti蛋白的精细纯化
  •     3.1.3 MBCpf1-crRNA复合物的装配
  •     3.1.4 crRNA的体外合成
  •     3.1.5 MBCpf1-RNA及anti的共结晶
  • 第4章 数据结构的解析
  •   4.1 结构解析的基本结果
  •     4.1.1 HKL2000处理X-ray衍射数据
  •     4.1.2 coot手动搭建模型37d
  •     4.1.3 利用phinex进行refine
  •     4.1.4 利用coot,Phenix反复修正结构
  •     4.1.5 基于冷冻电镜CPF1和anti蛋白复合物的结构解析
  •   4.2 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 王宇航

    导师: 黄志伟

    关键词: 蛋白纯化,结构解析

    来源: 哈尔滨工业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 生物学

    单位: 哈尔滨工业大学

    分类号: Q78

    DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.004231

    总页数: 60

    文件大小: 1619K

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    • [1].CRISPR/cas系统及其在家禽上的应用研究进展[J]. 中国畜牧杂志 2018(03)

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