“基于化学小分子探针的信号转导过程研究”重大研究计划2012年度集成项目指南

1附件：“基于化学小分子探针的信号转导过程研究”重大研究计划2012年度集成项目指南本重大研究计划以生物信号转导过程为研究对象，以小分子探针为主要工具，充分发挥化学和生物医学等多学科合作研究的优势，着重研究生命体系信号转导中重要分子事件的过程和机理，揭示传统生物学难以发现的新规律，研究传统生物学方法难以解决的问题，进而推动新药、新靶标和新的药物作用机制的发现。为进一步凝练重大科学问题，在原支持项目的基础上，本重大研究计划2012年度拟进行六个领域的集成，以组建优势互补的科研攻关团队，实现在若干重要方向上的跨越发展。第一领域：针对信号转导过程研究的分析新方法与新技术科学目标：高效、准确地获取生物体系分子间相互作用的信息，是阐明细胞信号转导机制的关键和基础。细胞信号转导过程涉及许多分子间相互作用，包括生物大分子之间、生物大分子与小分子之间的相互作用等。本领域集成项目将针对此类复杂的相互作用体系，在分子、细胞和活体三个层次上，发展信号转导过程的信息获取新方法、新技术。研究内容：（一）在分子水平，发展对信号转导通路蛋白和离子等进行原位、实时、动态表征及相互作用研究的新方法，发展对信号通路蛋白的活细胞体系三维示踪和高空间分辨单分子成像新技术，为阐明信号转导及化学小分子探针干预信号的分子机制提供新的研究手段；（二）在细胞水平，利用微流控芯片技2术实现神经细胞与垂体细胞的共培养、药物刺激、代谢物富集和在线质谱检测，观察共培养过程中细胞间相互的诱导作用；（三）在活体水平，针对耳鸣信号转导过程的研究，发展信号转导分子的实时动态分析新原理和方法，为阐明耳鸣信号转导及化学小分子探针干预信号的分子机制提供新的研究手段。第二领域：化学小分子探针引导的细胞信号转导途径研究科学目标：小分子探针的化学结构多样性和作用细胞信号转导途径的多样化是这类研究的重要特点。本领域集成项目以重要生理活性化学小分子及其作用机制为切入点，充分发挥化学合成、生物合成等技术手段对于设计和获取具有较高复杂程度的分子探针的创造能力，发展和应用合适的小分子探针开展活性相关的信号转导过程研究，阐述其中关键的分子事件本质，揭示生理活性相关的信号转导途径调控规律，为重大疾病的诊断和防治探索新的思路，提供新的策略。研究内容：以现有研究结果为基础，通过化学合成、生物合成、化学修饰和标记等手段发展、优化和应用合适的化学小分子探针，进一步研究TLR信号通路、细胞因子与肿瘤发生与发展及转移的关系、HIV-Tat和宿主细胞蛋白之间的相互作用、免疫因子调控导致的信号转导途径变化规律和疾病效应等。第三领域：基于小分子探针的糖脂代谢调控机理研究科学目标：充分发挥化学、生物学的交叉优势，以化学小分子为探针，结合发展新的方法和技术，对生命体系中调控糖脂代谢的信号转导过程机制展开化学生物学研究，揭示糖脂代谢调控过程中的信号转导调控规律，发现新的调节分子和新的调控途径，为代谢性疾病的诊断和防治，探索新的思路和新的策略。研究内容：以糖、脂质的代谢调控为主要研究对象，采用化3学与生物学相结合的研究策略，研究糖、脂质的代谢调控机制，发现新的信号转导途径和关键调控蛋白，鉴定潜在的药物作用靶点和先导化合物分子，并在细胞和个体水平阐明其生物学功能。第四领域：基于小分子探针的细胞命运决定的分子机制研究科学目标：利用小分子化合物为探针，深入研究细胞命运决定的细胞分子机制，取得新的学术生长点，力求在现有工作的基础上取得若干重大突破。研究内容：（一）体细胞重编程分子机制：利用提升重编程效率或可以替代体细胞核心重编程因子的小分子化合物，深入研究体细胞重编程和iPS细胞产生过程中决定细胞命运变化的分子机制，尤其是与表观遗传变化过程相关的分子机制，并发现iPS过程中的重要分子事件和靶标蛋白；（二）诱导白血病细胞分化的新靶标和分子机制：以在细胞和动物水平获得明确效果的活性天然小分子化合物为探针，发现参与白血病细胞分化的新信号机制和靶标蛋白，并力求对先导化合物进行进一步的结构优化，发现新的诱导白血病细胞分化的化合物；（三）针对Wnt信号转导途径的小分子抑制剂作用机理。以自主发现的针对Wnt信号转导途径的小分子抑制剂为探针，寻找其调节Wnt信号转导途径的靶蛋白，明确该探针对Wnt信号转导途径抑制的构效关系，并进一步优化该小分子抑制剂，获得高效、简单的Wnt信号抑制剂；（四）JAK/STAT信号通路及其负调控机制：以已经获得有效调控JAK/STAT信号通路和STATs通路中的主要负调控分子STATs磷酸酶的活性化合物为探针，研究该信号通路中正-负调控因子之间的相互作用，发现和鉴定JAK/STATs信号网络的新成员和新调控机理（含STATs通路负调控的新分子、新机理）和蛋白质翻译后修饰在JAK/STAT信号传导负反馈调控中的作用；4（五）线粒体融合和细胞凋亡新机制：以能够诱导线粒体融合及线粒体介导的细胞凋亡的天然活性化合物为探针，发现其调控线粒体功能的分子靶点，分析其与靶点的构效关系，合成和筛选新的分别对凋亡和线粒体融合更有效的化合物；（六）基于克服肿瘤靶向治疗耐药的化学生物学研究：以对代表性靶向治疗药物Gleevec产生耐药的肿瘤细胞为研究对象，筛选或设计合成可杀伤耐药肿瘤细胞的小分子化合物,并以其为探针寻找克服耐药的重要分子事件和靶标蛋白,解析肿瘤细胞命运从耐药到死亡的相关的分子机制。第五领域：细胞中若干糖链介导的识别过程的调控科学目标：糖链介导了许多重要的生命过程，如细胞间的通讯以及病毒或细菌对宿主细胞的入侵等，对糖链参与的信号转导过程进行认知和调控意义极大。本领域集成项目运用细胞代谢工程、合成生物学与化学合成相结合的手段，对细胞中的重要糖链分子及糖基化产物进行小分子化学修饰，通过这些高特异性小分子及调控手段来研究糖链介导的若干重要细胞生理活动，以及糖基化、糖代谢过程的调控机制与在细胞信号转导中的意义。研究内容：（一）肿瘤细胞中糖链变化的检测及其功能研究：发展新的糖链识别探针与检测方法学，对肿瘤细胞中蛋白质糖基化的精细变化进行原位检测，解析肿瘤发展不同阶段的糖链变化规律；研究糖基化过程及受体抑制剂对于肿瘤相关聚糖链表达及其下游信号转导过程的阻碍作用；（二）糖类化合物对细胞粘附过程的作用和调控研究：以具有抗白细胞粘附和抗炎活性的寡糖类化合物为探针，阐明糖类化合物参与的基于糖链识别作用的信号通路及其抗炎作用的靶点，发展新型糖类抗炎药物；（三）皂苷类探针的制备及其相关作用靶分子的鉴定：制备皂苷类含糖天5然产物探针，鉴定其发挥抗肿瘤作用的靶点蛋白，阐明作用机制，总结构效关系，发现新的抗肿瘤药物先导分子；（四）糖链加工酶抑制剂对糖链功能的调控：制备氮杂糖类化合物探针，研究其对糖链功能的调控作用，阐明氮杂糖类化合物具有免疫抑制活性的作用机制，发现新的氮杂糖类先导化合物。第六领域：基于配体调控的核酸相关信号通路研究科学目标：核酸在细胞信号转导过程中起着重要作用。本领域集成项目拟设计合成能对特殊结构的核酸具有识别作用的化学小分子，并运用这些小分子来直接调控和改变核酸的结构，研究和考察相关的功能，以及相关信号转导途径的分子事件与规律等。研究内容：（一）筛选对特殊结构核酸具有高选择性的化学小分子，研究它们与核酸、相关蛋白及端粒酶活性间的关系和分子作用机理。研究四链核酸不同结构对端粒末端相关蛋白（如TRF1,TRF2,POT1）结构与功能的影响;利用手性配体实现对端粒核酸构象的高效选择性，开展配体手性差异对其端粒酶活性抑制、细胞衰老、上调细胞周期依赖激酶抑制蛋白P16及P21表达等相关过程的影响。（二）利用化学小分子探针和双分子荧光互补技术（BiFC），研究端粒相关信号转导通路中各个重要环节的关键端粒相关蛋白之间的相互作用，发现和鉴定信号转导网络的新组分，揭示以端粒体蛋白为中心的新的信号转导通路和功能调控网络，重点研究端粒相关蛋白在端粒DNA损伤信号传导、DNA修复、端粒维持中的作用及分子机制。（三）建立端粒相关信号转导通路中的关键相互作用蛋白感应器，发展高效率、高灵敏和稳定的蛋白相互作用检测系统，建立端粒相关信号转导通路的小分子激活剂或抑制剂的细胞筛选模型。（四）研究小分子对四链6核酸构像转变的调控，在体外和体内条件下对端粒DNA结构形成、转换和相应信号转导途径的示踪、干预及其生物学效果。在原位、实时、动态条件下对以端粒为源头的各种信号的传递和转导途径的作用机制的研究。细胞生理条件下端粒DNA结构形成，结构性质、结构转换、结构竞争。（五）揭示癌基因启动子G-四链核酸与其结合蛋白相互作用规律及对基因功能调控的作用机制；研究细胞内小分子配体调控癌基因转录表达及相关信号转导通路的分子机制，明确癌基因启动子G-四链核酸的功能定位。（六）设计合成能稳定G-四链核酸的化学小分子，发展以抑制端粒酶为靶标的抗癌小分子药物。揭示小分子配体阻断G-四链核酸与其结合蛋白相互作用的分子机制，建立阻断癌基因启动子G-四链核酸与结合蛋白相互作用的抗肿瘤药物设计的新策略。（七）利用化学小分子研究cADPR介导的钙信号通路中的调控蛋白；利用RNAi策略从与钙信号释放相关的基因中筛选与cADPR介导的钙信号调控相关蛋白；利用cADPR构效关系建立药效团模型，从蛋白质靶点数据库中筛选可能的结合蛋白，并进行生物学验证。