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目的:本文目的主要包括以下三个方面:1,确认肝细胞肝癌(hepatocellularcarcinoma,HCC)患者的肝癌组织及癌旁组织中缺氧诱导因子2α(hypoxia-inducible factor2α,HIF2α)的表达情况;2,构建HIF2α-VHL复合物的三维结构模型,分析HIF2α与希佩尔林道肿瘤抑制蛋白(von Hippel-Lindau,VHL)之间的相互作用以便深入了解HIF2α在体内降解时被VHL识别的过程;3,比较HIF2α-VHL复合物与HIF1α-VHL晶体结构(protein data bank,PDB)(PDB ID:1LQB)的异同,为未来基于HIF2α降解相关的蛋白质结构来设计靶向分子药物提供依据。 方法:提取64例肝癌组织、癌旁组织和2例正常肝脏组织中的DNA和RNA,应用聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)方法对DNA中随机挑选的HIF2α基因3号、9号、12号外显子进行扩增,应用反转录PCR(reversetranscription-PCR, RT-PCR)方法合成cDNA,对cDNA中的HIF2α进行PCR扩增,扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳并观察结果;分别对肝癌组织、癌旁组织、正常肝脏组织用HIF2α抗体进行免疫组化染色,显微镜下观察并记录实验结果;HIF2α的氨基酸序列信息从UniProt数据库中获取,其结构域信息从Pfam数据库中获得,为获得用于同源性建模的HIF2α C-末端氧依赖降解结构域(C-terminaloxygen-dependent degradation domain,CODD)(第516-550位氨基酸)的结构,使用protein-protein BLAST(Blastp)和position-specific iterated BLAST(PSI-BLAST)工具在HIF2α CODD序列与PDB数据库中多个结构的序列之间进行相似性搜索。基于Blastp和PSI-Blast的结果,用ICM-Pro软件中的ICMmodeling程序对HIF2α CODD进行同源性建模,分析同源建模的结果,构建HIF2α-VHL初始结构模型;HIF2α CODD是HIF2α全长蛋白质的一部分,而其中的第527-542氨基酸又位于CODD的中间位置且在进化中高度保守,因此,对HIF2α-VHL初始结构进行分子动力学模拟,实验设计如下:HIF2α第527-542位氨基酸固定一段时间,先让两端的第516-526位和第543-550位氨基酸移动到相对合理的位置,然后,把第516-550位所有的氨基酸放开进行分子动力学模拟以获得最合理的结构。共设定4组条件,分别是:放开所有氨基酸,300K,32ns;放开所有氨基酸,310K,24ns;12ns固定部分氨基酸加44ns放开所有氨基酸,300K;28ns固定部分氨基酸加20ns放开所有氨基酸,300K。最终获得的结构与实验条件对应分别被命名为结构1-4。比较分子动力学模拟所获得的每个HIF2α-VHL结构,选取最合理的结构,使用美国国立研究院(national institutes ofhealth,NIH)结构分析和验证服务器(structural analysis and verification server,SAVES)中的PROCHECK和VERIFY_3D,以及应用QMEAN Z得分,对结构进一步评估验证。分析最终的HIF2α-VHL复合物结构并将其与HIF1α-VHL晶体结构(1LQB)进行比较。 结果:肝癌组织、癌旁组织和正常肝脏组织中,基因组DNA上的HIF2α第3号、9号、12号外显子和cDNA上的HIF2α经PCR扩增和琼脂糖凝胶电泳后,凝胶图像上全部呈现明亮的电泳条带;HIF2α蛋白质主要存在于肝癌组织切片中肝细胞的细胞质中,HIF2α在肝癌组织、癌旁组织和正常肝脏组织中存在表达差异;经Blastp和PSI-Blast工具进行相似性搜索后,找到最合适的模板结构即1LQB的D链(HIF1α CODD)用于对HIF2α CODD进行同源性建模。用同源建模的方法成功建立HIF2α CODD结构,并建立HIF2α-VHL复合物的初始结构;四组分子动力学模拟结果表明,结构4是最优化的结构。结构4具有足够的稳定性,且其HIF2α上的第516-526位和543-550位氨基酸有长达28ns的限制性优化,随后的动力学模拟中,所有的氨基酸自由运动时间长达20ns。此外,结构4与结构2十分相似,结构2所用模拟条件为310K(37℃),但对HIF2α的第516-526位和543-550位氨基酸却未进行充分的限制性优化。PROCHECK、VERIFY_3D和QMEAN Z得分的结果也进一步证明结构4具有合理性和可靠性;在结构4中,HIF2α CODD与VHL之间共存在27对相当稳定的氢键,涉及HIF2α上的17个氨基酸,VHL中的14个氨基酸,以及溶剂中的一个水分子,它们都对HIF2α-VHL复合物在整个分子动力学模拟中的稳定性做出重要贡献,且在最终的结构4中,HIF2α上共存在24个氨基酸与VHL相互接触。除1LQB中HIF1α上未被解析的第549-559位氨基酸之外,HIF2α-VHL与HIF1α-VHL之间的识别模式极为相似,都是以羟基化(Hydroxylation)脯氨酸(Proline)(HYP)被VHL识别为主,CODD内其他氨基酸被VHL识别为辅。HIF2α CODD与HIF1α CODD上其他能被VHL识别的氨基酸所发挥的作用也是相似但又存在细微差别的,尤其是HIF2α上第535-538位氨基酸和与其对应的HIF1α上第568-570位氨基酸之间,存在一些明显的差异。VHL蛋白质上分别参与捕获HIF2α或HIF1α(1LQB)的氨基酸也存在相当多的重叠和细微差别。 结论:本研究,一方面进一步确认了HIF2α在肝癌组织、癌旁组织和正常肝脏组织中存在的表达差异。另一方面,应用同源建模和分子动力学模拟的方法,首次成功构建了稳定的HIF2α-VHL复合物结构并将其与HIF1α-VHL晶体结构(1LQB)相比较。研究结果使人们更加深入的了解HIF2α在降解过程中被VHL识别、捕获的结构,并提示我们可能能够通过突变重要的氨基酸来设计HIF2α降解相关的药物分子,以改变HIF2α的水平或间接影响HIF2旺下游相关靶基因的表达,从而治疗肝癌或其他相关疾病。