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World File Search System遗传密码
夏季研究2024/25项目摘要
项目摘要：Xeno核酸（XNAS）是天然出现的RNA和DNA的合成类似物，但其氮基碱，骨干糖单位或磷酸二酯链接的变化。具有不同氮基碱基的XNA通常称为非自然基对（UBP）XNA。UBP只能与自己搭配，而不能与天然出现的碱基对A-T或G-C相对。这有可能通过这些非天然UBP碱基扩大遗传密码并进行合成生物学；但是，这依赖于将其作用于它们的酶的工具。在传统的分子生物学中，我们通常会使用“限制 - 连接克隆”（通常与PCR）一起将新的DNA碎片引入基因组或生产人造DNA。PCR扩大了感兴趣的基因，因此我们有许多副本。然后，我们使用限制性核酸内切酶，该核酸内切酶在DNA中的特定位点识别和切割，从而形成粘合性的悬垂（也称为“粘性端”非正式），可以重新加入。最后，我们使用DNA连接酶密封这些粘性末端，并将所得的DNA引入细胞中。UBPS的问题是酶并不总是识别并使用不自然的碱基工作。为了克服这一点，我们已经测试了一系列核酸酶和连接酶，以剪切和加入UBP-XNA，并找到了两个具有合适活性的核酸酶和连接酶。这些将是您研究的主题。在此项目中，您将组合测试这些酶为：
一种评估E3连接酶用于靶向蛋白质降解
抽象评估靶蛋白降解（TPD）的潜在〜700 E3连接酶的适用性的主要挑战之一是缺乏针对每个E3连接酶的粘合剂。在这里，我们将遗传密码扩展（GCE）用于编码含四嗪的非典型氨基酸（TET-NCAA）位点特定于E3连接酶，可以通过在活着的细胞中与新的蛋白质蛋白质培养细胞一起将其连接到新的植物蛋白质蛋白培养细胞中。可以用Neo-Substrate的TPD评估所得的E3连接酶最小化和功能化的最小化和功能化。我们证明，用可单击的TET-NCAA编码的CRBN可以在已知的免疫调节药物（IMID）中或跨表面编码，可以共价连接到STCO-LINKER-JQ1和招募BRD2/4的crbn介导的降解，以表明CRBN的高塑料tpd。降解效率取决于在CRBN上编码的TET-NCAA的位置以及接头的长度，显示了这种方法在绘制E3连接酶表面识别最佳TPD口袋的能力。这种Elef-脱脂剂的方法不仅具有维持E3连接酶的天然状态，而且还允许在细胞内条件下对E3连接酶和靶蛋白伴侣进行询问，并且可以应用于任何已知的E3连接酶。关键字：泛素 - 蛋白酶体系统，靶向蛋白质降解，E3连接酶，Cereblon，遗传代码扩展，四嗪单击化学
Har Gobind Khorana
Har Gobind Khorana是分子生物学史上的高耸人物，可以说是20世纪最著名的化学家之一。先驱对阐明遗传密码和具有定义序列的DNA和RNA的合成的贡献是该遗产的一部分。他是合成生物学的父亲，首先是用于化学合成指定序列的短DNA片段，并使用DNA聚合酶复制这些序列，然后将此DNA模板与RNA聚体转录为RNA中的RNA将RNA转录为RNA，以在蛋白质合成1中使用，第二，第二，第二种序列，并将其连接到Spart Pynthety DNA segments中。2这本科学为许多开创性发现和生物技术行业的发展奠定了基础。后来，他对七个跨膜螺旋螺旋的开创性工作也为几代膜生物学家遵循并引起了他所谓的“整体膜蛋白质黄金时代”的途径。 1970年实现了一个基因的第一个化学合成，用于tRNA的编码，并在1979年完成了具有所有必要序列的所有必要序列的完全活性tRNA基因。3,4这种科学本质上是化学的，是由分子生物学中新兴概念驱动的，在化学中至关重要的是生物学领域，并创造了1970年代中期重组DNA革命的重要组成部分。这些非凡的成就掩盖了印度一个小村庄的谦虚起源的生活故事，在英国和德国进行培训
大脑即计算机的隐喻
我问我的朋友：“你读过屠格涅夫的作品吗？”她毫不犹豫地给出了否定的回答。她的大脑里有她读过的小说的数据库吗？她的大脑在使用搜索算法吗？如果没有，我们还能如何想象这一壮举的实现？我问：“昨晚吃饭时坐在你旁边的那个男人叫什么名字？”她不记得了。半小时后，当我们谈论其他事情时，她说：“我现在想起来了，他叫杰罗姆。这个名字突然出现在我的脑海里。”如果大脑使用搜索算法来做到这一点，它会不会与前面的例子不同，会不会是一个更慢但更有条理的过程？我们能想象一个由大脑的“硬件”制成的设备，可以执行搜索算法吗？或者任意算法？在我（Davis，2017）的文章中，我强调图灵完备所需的东西很少。毫无疑问，可以用大脑的神经元建造一台通用计算机。然而，我们尚不清楚机器人能否进化。遗传密码中氨基酸由字符串编码的例子表明，这种可能性并非遥不可及。事实上，口语和书面语也是代表物体、动作和概念的任意符号的例子。有人穿过繁忙的街道，熟练地穿梭于车流之中。如何编写程序让机器人做到这一点？直到最近，人们才提出了一种使用大量数值计算的方法。如今，人们可以考虑另一种方法，即为此目的“训练”多层神经网络。想象大脑做这样的事情肯定比执行涉及大量算术计算的过程更容易。
针对“不可用药”的转录因子的进展......
DNA 结合转录因子 (TF) 是真核蛋白质组中最重要的蛋白质类别之一 1 。通过结合特定 DNA 位点并控制近距离基因的转录输出，TF 在几乎所有细胞基因组的调控中发挥着基础性作用 2 。TF 通过差异地调节共同的遗传密码来决定多细胞生物中单个细胞的身份和命运，并通过充当细胞信号传导网络中的终点来负责快速协调对内部和外部刺激的反应 3 , 4 。据估计，人类基因组中至少有 1,600 种 TF，其中约 19% 与疾病表型相关 1 。鉴于其对生物学的重要性，TF 是疾病的常见驱动因素并且代表着诱人的治疗靶点 3 , 5 , 6 。近二十年前，James Darnell 在抗癌治疗的背景下最好地概括了直接 TF 调节剂的巨大潜力 5 。他强调，鉴于 TF 在选择性基因调控中的基础作用，它们比 GPCR 或激酶等上游信号蛋白更有能力进行高度特异性的疾病调节。也就是说，一种假设的失调 TF 抑制剂可以通过仅抑制由该 TF 驱动的转录程序来限制毒性，同时提高疗效，而不会产生有时与抑制与疾病无关的多个信号网络相关的信号蛋白有关的附带损害 7,8 。由于单个 TF 通常只调节一组有限的基因靶点，这些靶点受其 DNA 结合功能控制
揭开基因组的奥秘
本文深入研究了复杂的基因组学世界，重点是解释封装在基因组中的生命的蓝图。基因组包括生物体的整个遗传物质，是了解生命复杂性的关键，从管理发展和功能的分子机制到塑造生物多样性的进化过程。此探索从DNA测序的早期到当前的高通量技术和大数据分析的时代，可以追溯基因组学的演变。通过揭开基因组中编码的奥秘，科学家旨在释放有关健康和疾病，物种多样性和生物学基本原理的新见解。基因组是生命的蓝图，其中包含有机体开发，功能和调节所必需的一组遗传指示集。揭示这些复杂的蓝图的旅程始于詹姆斯·沃森（James Watson），弗朗西斯·克里克（Francis Crick）和罗莎琳德·富兰克林（Rosalind Franklin）等科学家的开创性工作，后者阐明了1950年代DNA的双螺旋结构。这一发现为现代基因组学奠定了基础，提供了一个分子框架，以了解如何存储和传播遗传信息。在随后的几十年中，DNA测序技术的进步彻底改变了基因组学领域，使科学家能够以前所未有的速度和精确度破译了不同生物体的遗传密码。地标项目的完成，例如人类基因组项目，标志着基因组学的主要里程碑，为人类基因组提供参考序列，并为随后的研究努力奠定了基础。
通过体内超成名的氨基酰基-TRNA合成酶的定向演变
抽象的遗传密码扩展（GCE）已通过实现非经典氨基酸（NCAA）的位点掺入到蛋白质中，已成为生物学的关键工具。GCE的中心是正交氨基酰基-TRNA合成酶（AARS）/tRNA对的开发，其中工程的AARS识别所选的NCAA并将其充电到解码空白密码子的TRNA（例如，琥珀终止密码子）。许多正交的AARS/tRNA对涵盖了广泛的NCAA，这是通过定向进化产生的，但是标准策略通过标准策略的新AARS/TRNA对的演变仍然是一个劳动密集型的过程，通常会产生AARS/TRNA对，并产生副最好的NCAA NCAA INCAA Incorpiesies。在这项研究中，我们提出了一种发展AARS的策略，该策略利用Orthorep来推动其在酵母中的连续超女。我们在8个独立的AARS进化运动中展示了我们的战略，从4个不同的AARS/tRNA父母开始，针对7个不同的NCAA。我们观察到了多种新型AARS的快速演变，能够将13个NCAA的整体范围纳入响应于琥珀色密码子的蛋白质中。一些进化的系统达到了琥珀色密码子指定的NCAA依赖性翻译的效率，可与酵母中有义务密码子指定的天然氨基酸翻译相当。此外，我们发现了一个令人惊讶的AAR，它演变为自我调节自己的表达，以更大程度地依赖NCAA进行翻译。这些发现证明了由Orthorep驱动的AARS进化平台支持GCE技术持续增长的潜力。
自适应景观平坦化允许设计两种酶：底物结合和催化能力
设计酶具有基础和技术意义。实验定向进化仍然有很大的局限性，计算方法是一条补充途径。设计的酶应满足多个标准：稳定性、底物结合、过渡态结合。这种多目标设计在计算上具有挑战性。最近的两项研究使用自适应重要性抽样蒙特卡罗重新设计蛋白质以进行配体结合。通过首先平坦化载脂蛋白的能量景观，他们获得了结合状态的正设计和非结合状态的负设计。我们现在已将该方法扩展到设计一种酶以进行特定的过渡态结合，即其催化能力。我们考虑了甲硫氨酰-tRNA 合成酶 (MetRS)，它将甲硫氨酸 (Met) 附着到其同源 tRNA 上，从而建立密码子身份。此前，MetRS 和其他合成酶已通过实验定向进化重新设计，以接受非规范氨基酸作为底物，从而导致遗传密码扩展。在这里，我们通过计算重新设计了 MetRS，使其能够结合多种配体：Met 类似物叠氮亮氨酸、甲硫氨酰腺苷酸 (MetAMP) 以及形成 MetAMP 生成过渡态的活化配体。通过设计计算恢复了已知具有叠氮亮氨酸活性的酶突变体，并对预测结合 MetAMP 的 17 种突变体进行了实验表征，发现它们均具有活性。预测具有低活化自由能的突变体在 MetAMP 生成中被发现具有活性，并且预测的反应速率与实验值非常吻合。我们建议本方法应成为计算酶设计的范例。
格式提出学期课程__2024- ...
6。分子生物学2学生对课程的描述必须了解剪接RNA的碱基，mRNA向蛋白质的翻译，遗传密码，原核生物和真核生物中的转录调节以及调节性RNA的多样性和功能。 div>教师或助手将在课程的主题，科学文章的讨论以及对主题的评论，评估活动（例如Kahout和类似的评估活动）上进行演讲。 div>该课程的另一个轴由学生的分子生物学方法的介绍组成。 div>每个学生在20到30分钟内提出了一种方法。 div>这旨在为学生提供基础，以了解分子生物学和基因组科学中最常见方法的概念和范围。 div>During previous courses the following methods were presented: electrophoresis & nucleic acid extraction, nucleic acid hybridization (retention supports, southern and northern type hybridations), DNA amplification (PCR, RT-PCR, real-time PCR), DNA sequencing (chemistry and enzymatic), recombinant DNA techniques (restriction, restriction, restriction, restriction Ligation, directed mutagenesis), new cloning systems (gateway, mole, ...), protein analysis (SDS-Page, Western blot), protein analysis II (Elisa, immunoprecipitation), immunohistochemistry, eukaryotic expression systems (transfection methods, stable transfections, transitional transfections), protein interactions- DNA (EMSA, Footprinting, CrossLinking), generation of genetic models （敲击，敲门，CRISPR/CAS9），干扰RNA，蛋白质 - 蛋白质相互作用系统（双杂种，一种杂种，蛋白质片段互补的测试），
水果的遗传纠缠
脱氧核糖核酸或DNA是一种双螺旋化合物，大多数人体都包含在细胞核的所有染色体中。DNA是遗传密码，该DNA的某些部分称为基因，这些基因传递了用于制造蛋白质的信息，这就是构成您的性状的原因。现在，核糖核酸（RNA）基本上是单链DNA，并且有3种不同类型的DNA都用于读取DNA。它从RNA聚合酶开始，该聚合酶沿着DNA的链移动，并使用核中剩余的游离核苷酸创建信使RNA，这是转录中的这一过程。在DNA核苷酸中成对称为碱基对；腺嘌呤与胸腺嘧啶，鸟嘌呤与胞嘧啶。当RNA聚合酶读取DNA时，它将其分为一半（打破碱基对），并添加新的，相应的核苷酸，对于胞嘧啶，它会添加鸟嘌呤，对于鸟嘌呤，它会添加胞嘧啶，为胸腺氨酸添加腺嘌呤，添加腺嘌呤，最后添加腺嘌呤，以添加Uracine。uracil是一种新化合物，用于构建RNA，但是DNA不包括它，就像RNA不包含胸腺素一样，换句话说，它们相互替代。所有这些后，使信使RNA准备转变为蛋白质，它必须从细胞中的细胞核和核糖体扫描它的细胞质中传播。在核糖体中，有称为转移RNA分子的分子，一旦读取了信使RNA，一次3个核苷酸，这些分子以链的形式释放氨基酸。这条氨基酸形成了复杂的形状，形成蛋白质，从而使其具有某些生物特征。