重大项目课题标书集锦——医学重大项目

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1、项目名称：代谢相关蛋白质修饰在肿瘤发生发展过程中的作用及机制首席科学家：赵世民复旦大学起止年限：2012.1至2016.8依托部门：教育部上海市科委90一、关键科学问题及研究内容关键科学问题本课题将以代谢相关的蛋白质翻译后修饰为切入点，系统挖掘参与代谢酶修饰调控的乙酰化和磷酸化等修饰酶及其修饰底物，系统挖掘被代谢物调控的下游被甲基化和羟基化等修饰的蛋白；在此基础上研究其对细胞代谢的作用，作用的分子机理以及在肿瘤发生中的变化规律和生理病理意义；并通过结构生物学方法寻找通过干预修饰进而干预代谢的小分子化合物。具体地，将就如下关键科学问题开展研究：1.发展相关技术和研究体系，系

2、统地挖掘代谢相关翻译后修饰的修饰酶及其底物；探索相关蛋白质修饰酶类和底物通过何种网络及分子机制进行调控。2.在肿瘤发生、发展过程中，代谢相关翻译后修饰如何变化，以及这些变化对于肿瘤发生发展有何病理意义。3.研究能否通过活性小分子化合物干预代谢相关翻译后修饰，进而干预代谢来实现肿瘤的预防与干预。主要研究内容90我们将以项目组成员前期在代谢相关的蛋白质翻译后修饰研究为基础，从广度与深度上扩展对代谢失调引发肿瘤机理的研究。在广度方面主要系统地发现参与细胞代谢调控的翻译后修饰的修饰酶，以及被代谢物调控的下游底物蛋白和信号通路。在深度方面主要研究各种翻译后修饰调节代谢的分子机理，重

3、点研究乙酰化修饰参与代谢调控的机制；在代谢物调控下游翻译后修饰和信号通路的分子机理方面，我们将重点研究对组蛋白甲基化和DNA去甲基化酶的调控机理；同时，用结构生物学的策略寻找针对上述具有治疗潜力的靶分子的活性小分子化合物。1.代谢相关的蛋白质的修饰谱及其在肿瘤发生发展过程中的变化规律以肝癌和神经胶质瘤等癌症为模型，建立全细胞的与代谢相关的蛋白质乙酰化、磷酸化、羟基化、甲基化修饰鉴定的技术方法与平台。探讨这些肿瘤发病过程中代谢酶的乙酰化、磷酸化修饰的动态变化，以及被代谢中间物调控的下游羟基化、甲基化等蛋白底物与动态变化。2.肿瘤发生发展过程中代谢组的变化规律及其与代谢相关修

4、饰变化的对应关系与调控机制通过代谢组学、遗传学以及生物化学策略，比较肿瘤细胞与正常细胞中的代谢物组成特点，重点探讨代谢相关修饰改变与代谢组改变的内在联系；建立能反应肿瘤特征的代谢组谱，力争发现肿瘤特异性代谢标志物（群）。3.肿瘤发生发展过程中一些代谢产物作用的信号通路及对肿瘤发生发展的意义系统地研究与肿瘤发生密切相关的糖酵解通路与三羧酸循环通路相关代谢中产物在肿瘤发生发展过程中的作用机理。重点研究a酮戊二酸（aKG）及其结构类似的等代谢中间物影响各种aKG依赖的系列双加氧酶功能的分子生化机理及其对细胞信号通路的影响，包括aKG对PHD、系列组蛋白去甲基化酶以及DNA90去

5、甲基化酶活力的影响以及相关双加氧酶活力被抑制／激活后细胞的生理变化，特别是细胞在表观遗传性状及血管新生等生理性状受双加氧酶活力改变的影响。4.筛选针对蛋白质修饰酶的活性小分子化合物及其作用机制针对组学和机理研究所发现的具有重要价值的蛋白质修饰酶类（包括乙酰化酶、去乙酰化酶、双加氧酶、羟基化酶及甲基化酶等）,采用基于结构生物学原理的小分子干预物质的计算、模拟，从天然产物筛选或者人工直接合成出能干预蛋白质修饰酶类活性的小分子化合物,通过对发现的活性小分子化合物进行生化、生理功能进行验证，然后根据结晶学手段解析蛋白修饰酶与小分子化合物形成复合体的三维晶体结构，根据小分子化合物与

6、蛋白修饰酶结合的关键结构元素特点，对可能成药的小分子进行优化及药理效应研究。90二、预期目标总体目标从代谢相关蛋白质修饰的发生、调节和动态相互作用机制及其生理病理意义这一核心科学问题出发,构建高通量蛋白组学方法、系统地挖掘与代谢密切相关的蛋白质乙酰、磷酸化、羟基化及甲基化修饰酶类及其靶蛋白的蛋白质组学、系统生物学和生物信息学内涵；用遗传和生物化学方法鉴定一批新的蛋白质乙酰化修饰酶类,用代谢组学方法比较乙酰化修饰酶类在生理及病理条件下蛋白组水平的变化及因此引起的代谢酶乙酰化修饰变化和细胞代谢组变化；建立全细胞水平的蛋白质羟基化修饰靶蛋白数据库并确定一些关键羟基化蛋白质的动态

7、调控机制,并研究它们的信号调控网络；以机理研究为根据，通过结构生物学方法系统研究蛋白修饰酶HAT、SIRT和双加氧酶的结构，以及修饰酶与代谢中间物和修饰酶底物组成的复合体的分子结构，利用结构信息，结合生物化学，生物物理学及细胞生物学的方法，通过改变相关蛋白质以及它的整个复合体在此的作用位点的结构来验证其生物学功能，为治疗修饰酶相关疾病提供小分子药物设计和优化的结构模板，为修饰酶相关的癌症等疾病的治疗提供新的途径,确定并优化可以调节代谢酶乙酰化活性的小分子药物先导化合物。通过本课题的实施使我国在代谢与肿瘤发生研究的相关领域保持来