论文部分内容阅读
近年来,蛋白的构象已成为人类疾病研究中的热点,已经证明多种重要疾病的发生起源于蛋白质构象的异常。在生物物理学,生物医学和信息科学不断发展的今天,越来越多的小分子药物和对应的蛋白质晶体结构被解析出来,药物的疗效已成为人们关注的热点问题。我们课题组致力于使用计算机分子动力学模拟的手段,探索重要的疾病蛋白和相关小分子抑制剂相互作用的分子动力学机制,通过蛋白质和小分子结合的构象变化和结合自由能的计算结果从而提出它们的结合机制,这些数据对下一步新型有效的小分子药物的创新开发有着十分重要的价值。1.大环内酯抗生素蛋白MphR(A)和小分子红霉素的结合引发药物抗性的分子动力学研究大环内酯传感器蛋白MphR(A)在代谢识别和基因的表达调控方面是一种关键性的调节蛋白。大环内酯传感器蛋白MphR(A)和大环内酯抗生素红霉素(Erythromycin)的结合结果是释放蛋白转录的操纵子,激活了mphA基因的转录从而导致细菌体内的红霉素抗性(Erythromycin resistance)。在我们的研究工作中,我们发现了对大环内酯抗生素蛋白MphR(A)中两个氨基酸进行突变(V66L/V126L)会大大影响蛋白MphR(A)和大环内酯抗生素红霉素(Ery)的结合活性.我们运用分子动力学模拟研究探索了野生型蛋白MphR(A)-Erythromycin复合物和双突变蛋白(V66L/V126L)-MphR(A)-Erythromycin复合物的全原子分子动力学模型,并做MM-GBSA结合自由能计算。对于该蛋白的载体蛋白和野生型突变型的蛋白复合物的分子动力学模拟分析发现了突变体蛋白复合物中独有的一些现象,在野生型蛋白小分子复合物中,Helix I呈现一个有序的右手alpha螺旋的蛋白质二级构象。但是由于两个氨基酸的突变会使得这段有序的右手alpha螺旋解旋成为无规卷曲的蛋白质二级构象。双突变体系和野生型复合物体系相比,它的结合自由能有显著地降低,同时具有较高的蛋白质的柔性。于是,我们推断两个氨基酸的突变V66L/V126L使得蛋白MphR(A)和红霉素小分子Erythromycin的结合活性降低,最终导致抗生素抗性的解除。自由能分解分析进一步解析了双突变体系V66L/V126L-MphR(A)-Ery中自由能变化的根源,这个体系,结合自由能的减少主要源于静电相互作用。在双突变体系复合物体系中,突变后的氨基酸残基Leu66以及氨基酸残基Arg122和Thr154对蛋白V66L/V126L-MphR(A)和小分子Ery的结合能的贡献显著。在野生型复合物体系中,氨基酸残基Tyr103和Hie147的能量贡献显著。目前的研究给我们提供了极有用的全原子分子动力学模拟数据,这些数据揭示了氨基酸的突变对蛋白质和小分子结合的影响及其内部的动力学机制,为抗生素抗药性的发生和解除提供了线索,这些数据为下一步发展和合成新的有效的抗生素药物提供了有效的依据。2.端锚聚合酶蛋白TNKS1和一种新颖的烟碱异构体化合物ISX的结合机制的分子动力学研究Tankyrases (TNKSs),是人类多聚ADP核酸聚合酶(PARP)蛋白超家族中的一员,并在人类细胞增殖中起到十分关键的作用。在各种多聚ADP核酸聚合酶蛋白超家族成员中,我们发现蛋白Tankyrasel (TNKS1)对相应的抑制剂有很高的选择性,我们在这篇文章中运用分子动力学模拟的方法来研究蛋白TNKS1和一种新颖的烟碱异构体化合物ISX的结合机制,并认定这一化合物可以成为蛋白TNKS1的一种潜在的抑制剂。基于分子动力学模拟研究的结果,我们针对蛋白TNKS1结合小分子引起的柔性变化和活性位点中的肽段Ile1228-Glyl229-Gly1230的构象分析其蛋白质二级结构的变化。我们发现该酶蛋白的已知的抑制剂XAV939结合到蛋白上可以使得肽段Ilel228-Glyl229-Glyl230呈现一个明显地螺旋状蛋白质二级构象,但是在ISX结合体系中,这个肽段呈现一个无规则卷曲的二级构象。对于体系的氢键计算结果显示氨基酸Tyr1203和结晶水WAT1551形成重要的氢键,起到稳定抑制剂XAV939和小分子ISX复合物的作用,与此同时,静电相互作用力和范德华相互作用力在TNKSI-ISX复合物体系中是作用的主要的结合作用力。我们运用分子动力学模拟手段的模拟实验结果以及自由能计算的结果和实验的结果是一致的。自出能分解分析显示的数据结果表明,氨基酸残基Try1224和Lys1220分别在TNKS1-ISX和TNKS1-XAV939两个体系中分别有比较重要的能量贡献。综上所述,我们在模拟实验中得到的结果和数据将在新型抑制剂的开发和合成方面有重要的应用价值。