早年畢業(yè)于華東師范大學的蔣華良研究員主要研究方向是利用多種學科交叉的新方法和新技術，深入開展藥物設計、藥物新靶標的發(fā)現(xiàn)、藥物靶標構象變化與藥理功能關系等研究，近期其研究組與美國芝加哥大學化學系何川課題組合作，接連在Nature Chemical Biology和PNAS上發(fā)表重要研究成果。

在針對胸腺嘧啶DNA糖苷酶（Thymine-DNA glycosylase， TDG）底物選擇性機制的研究中，兩個課題組研究人員綜合運用化學生物學、理論模擬等手段，闡明了TDG選擇性切除DNA分子中被修飾的嘧啶堿基的分子機制。TDG能選擇性剪切由TET蛋白催化5-甲基胞嘧啶（5mC）氧化產(chǎn)生的5-醛基胞嘧啶（5fC）及5-羧基胞嘧啶（5caC），繼而啟動下游DNA剪切修復（BER，base-excision repair）通路，將5mC還原成未修飾的胞嘧啶。然而，TDG如何在眾多正常的胞嘧啶及5-甲基胞嘧啶中選擇性切除5caC和5fC的機制并不明確。
 

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何川教授課題組通過生物實驗發(fā)現(xiàn)，TDG對于含有不同修飾胞嘧啶的DNA結合能力有顯著不同。其與含有5caC和5fC的DNA結合能力zui強，而與含5hmC，5mC及正常胞嘧啶的DNA幾乎不結合。蔣華良課題組成員從計算生物學的角度出發(fā)，根據(jù)何川課題組解析得到的TDG與5caC的復合物晶體結構，開展了分子動力學模擬與結合自由能計算研究。通過計算發(fā)現(xiàn)，TDG活性口袋的Ile139可以和5caC形成較強的氫鍵相互作用，而同5mC和正常胞嘧啶不存在此相互作用。
另外，TDG活性口袋中的His151、Tyr152同5caC的5位羧基存在很強的極性相互作用，而與其它修飾的胞嘧啶如5mC和5hmC相互作用較弱。因此可以認為，TDG的活性口袋能選擇性地結合5位具有負電性取代基的底物，如5caC或5fC。研究結果為進一步闡明TDG在表觀遺傳調控中扮演的作用提供了重要線索。

在轉錄因子AgrA調控機制的研究中，兩個課題組進一步合作，闡明了細菌轉錄因子AgrA的DNA結合域中分子內二硫鍵的開關在群體感應agr信號系統(tǒng)中發(fā)揮的重要功能。何川課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，在氧化信號刺激下，AgrA結構中C199和C228會形成分子內二硫鍵，導致AgrA與DNA的解離。蔣華良課題組成員從計算生物學角度出發(fā)，運用分子動力學模擬等手段，從分子水平揭示了二硫鍵形成引起的空間位阻效應是破壞AgrA與DNA的結合的重要原因。
同時，C199S的突變不會影響蛋白結構的穩(wěn)定性，而C228S的突變破壞了DNA結合域的三維結構，暗示C199主要負責氧化感應，而C228對于維持蛋白結構的穩(wěn)定性至關重要。模擬結果與相關突變實驗結果相吻合，證實了氧化感應是agr群體感應信號系統(tǒng)中的一個重要組分，細菌通過這種功能調節(jié)，可以有效緩解由其自身代謝或宿主免疫造成的氧化壓力。研究結果為深入理解細菌轉錄調控機制及新型抗菌藥物的開發(fā)提供重要依據(jù)。
 

這些研究有機結合生物實驗與計算模擬，積極探索表觀遺傳與轉錄調控的相互，以及它們在胚胎發(fā)育與疾病產(chǎn)生中扮演的作用。這為進一步靶向新的表觀遺傳與轉錄調控靶標，開發(fā)特異的小分子活性候選化合物提供了理論基礎。
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來源：生物通