科技新星－冯越－201922

20230202

科学研究和技术服务业

（1）负责人课题组对嗜肺军团菌SidE家族蛋白、MavC以及噬菌体AcrIF11催化宿主免疫系统相关蛋白翻译后修饰开展了研究，揭示了微生物蛋白对宿主免疫系统相关蛋白的翻译后修饰的分子机制。其中SidE家族蛋白和MavC作为针对人体的致病菌的关键蛋白，其蛋白结构以及发挥作用的分子机制的阐明不仅具有重要的基础生物学意义，同时也为针对该致病菌的新型抗生素药物设计奠定了基础；AcrIF11作为CRISPR-Cas系统的新型高效的抑制蛋白，其分子机制的解析首次证明了蛋白质翻译后修饰在抗I型CRISPR-Cas系统中发挥功能，而 AcrIF11通过对CRISPR-Cas系统的关键位点进行翻译后修饰导致宿主免疫系统失活的策略与目前已知的其他Acr蛋白相比具有明显优势，抑制效率更高。基于AcrIF11开发的基因编辑系统调控工具有望更好地解决CRISPR-Cas系统突出的脱靶效应问题，增强其安全性。综上，这些研究不仅是基础生物学领域的开拓性进展，同时也具有重要的实际应用价值。 （2）负责人课题组开展了关于AcrIF13/AcrIF14/AcrIF24以及AcrIF5抑制I-F型CRISPR-Cas系统机理的研究，全面阐明了微生物蛋白抑制宿主免疫系统对外源核酸的特异性识别以及切割的分子机制。在抑制对外源核酸的特异性识别方面，我们不仅揭示了AcrIF13/AcrIF14/AcrIF24蛋白通过与CRISPR-Cas效应蛋白复合物结合抑制其识别外源核酸的常规机制，而且还在AcrIF14/AcrIF24中发现了 “误导”免疫系统非特异性识别“无效”核酸的新颖方式，这为微生物蛋白抑制宿主免疫系统对外源核酸的特异性识别的方式提供了新的见解；而对于AcrIF5独特的靶向效应蛋白-外源核酸复合物的抑制模式的阐明，及其与AcrIF3共同作用方式的研究，则进一步加深了我们对微生物蛋白抑制宿主免疫系统对外源核酸的切割的多种作用机制的理解。同时AcrIF5这种只在免疫系统识别外源核酸后才发挥抑制作用的特点非常新颖，对真核生物免疫系统的相关研究也有很大的启发意义。 （3）探求生物大分子的结构、了解其功能是当代分子生物学的中心问题之一。解析生物大分子的三维结构能够为认识其功能提供新的视点，解释积累多年的生化数据。精确的三维结构也是定点突变和定向设计药物的基础。负责人课题组的研究揭示了微生物拮抗宿主免疫系统的机制并阐明了相关蛋白质的结构，不仅发现了全新的基础生物学机制，同时也为开发新的抗菌策略以及基因编辑工具的优化与精确调控奠定了基础。

目前申请人课题组配备有纯水系统（ELGA）、超纯水系统（Millipore）、高压灭菌锅（Hirayama）、温度梯度PCR仪（Eppendorf）、电转化仪（Bio-Rad）、恒温摇床（NBS）、高速冷冻离心机（Eppendorf）、细胞破碎仪（Sonics）、AKTA蛋白纯化系统（GE Healthcare）、分析天平（Sartorius）、pH计（METTLER TOLEDO）、紫外分光光度计（Thermo）、电泳仪（Bio-Rad）、凝胶成像系统（Bio-Rad）、带图像处理的荧光正置和倒置显微镜（Leica）等常用仪器设备。课题组与清华大学结构生物学中心，中国科学院生物物理研究所等在蛋白质晶体结构研究方面具有优势的高校和研究所有着良好的沟通和合作。对于转化合作对象要求方面，合作对象应具备能进行大批量菌种培育筛选的发酵罐以及成熟的蛋白纯化工艺流程，以及能存放上述设备的，符合国标安全的场地。同时合作对象应具备良好的蛋白质优化工艺技术手段，人员方面需要有相关蛋白质药物开发团队及掌握相关医疗知识及法律法规人才，具有能将理论知识转化为实际产品的能力。合作伙伴需要具备一定的资金储备，以保证实验与合作能顺利进行。

可国（境）内外转让

1.随着人们生活水平的提高，空调的广泛使用催生了大量的“空调病”，而军团菌肺炎则是其中最为严重的几种之一。军团菌肺炎是一种极其严重的非典型性肺炎，病死率高。嗜肺军团菌是军团菌肺炎的致病微生物，中央空调则是该细菌的主要传染源。而SdeA家族蛋白又是嗜肺军团菌的关键致病蛋白。在细菌耐药性日益严重的今天，SdeA家族蛋白也就成为一种潜在的新型抗生素靶点蛋白。因此对SdeA所介导的新型泛素化反应的研究既具重要的基础生物学意义，也与人类的健康息息相关。本项目所获得的SdeA和MavC蛋白的结构将为其高效抑制剂的设计奠定基础，其有望成为治疗军团菌肺炎的潜在抗生素，具有良好的应用前景，对于推动北京市生物和医药产业健康发展以及促进北京市生物和医药工业作为支柱产业快速跨越发展均具有重要意义。 2.随着CRISPR系统的开发与应用，其在临床医学与药学、畜牧业、林业、种植业等都有较高的研究价值以及应用前景。对于抗CRISPR系统的研究，一方面能够开发更多CRISPR基因编辑技术，另一方面也是为现有的基因编辑技术进行优化，使其能够更精准、更高效的对靶标进行切割和改造，解决当下基因编辑技术存在的脱靶、误切等问题。同时也为基因编辑技术以及基因改造医疗技术的研究提供更多理论基础。

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

从结构简单的原核生物到复杂的高等生物都拥有各类免疫系统，承担着保护生物体免受病原体感染、维持机体内环境稳定和生理平衡的重要功能。而微生物入侵者在面对宿主免疫系统的排斥下也在迅速进化和适应，以避免被免疫系统识别和清除。微生物入侵者与宿主之间的竞争博弈决定着种群的生存，也驱动着宿主免疫系统和入侵者“拮抗武器”的共同进化。微生物和宿主免疫系统之间复杂的相互作用也是感染和免疫发生的基础。在科技新星计划实施过程中，本人课题组紧紧围绕微生物拮抗宿主免疫系统的分子机制进行了系统、深入的研究，在微生物蛋白对宿主免疫系统相关蛋白的翻译后修饰、抑制宿主免疫系统对外源核酸的识别及切割这两方面均取得了一定的成果。取得的成果包括：（1）发现另一种泛素修饰与连接酶MavC，并解析其分子机制。（2）发现SdjA可以去除SidJ对SdeA等SidE家族进行的谷氨酸化修饰，从而使SdeA等SidE家族蛋白恢复活性。并发表中文综述总结病原介导的新型泛素化修饰的研究进展。（3）在噬菌体所表达的一种抗CRISPR蛋白AcrIF11中发现了SdeA的mART结构域的类似结构域，首次报道了噬菌体抗CRISPR蛋白对细菌宿主的I型CRISPR系统蛋白进行翻译后修饰（ADP核糖基化修饰），从而抑制其活性的分子机制，为将AcrIF11开发为I型CRISPR-Cas基因编辑的调控工具奠定了基础。（4）阐明多种其他I型CRISPR系统的抑制蛋白的抑制机理。负责人课题组的研究揭示了微生物拮抗宿主免疫系统的机制并阐明了相关蛋白质的结构，不仅发现了全新的基础生物学机制，同时也为开发新的抗菌策略以及基因编辑工具的优化与精确调控奠定了基础。