论文部分内容阅读
血管性血友病因子(von Willebrand factor, VWF)与血小板糖蛋白Ibα(GPIbα)的结合介导血小板粘附和活化。而发生在VWF-A1结构域上的2B型和2M型突变均可导致严重的出血性疾病。这里我们采用了可以模拟生理环境的平行平板流动腔装置分析野生型WT-A1、2B型突变体R1308L、2M型突变体G1324S所介导的血小板运动行为。由于底板静电吸附导致纤维蛋白原(Fibrinogen,Fg)构象发生改变,进而导致其生物学功能改变,我们将VWF-A1和Fg进行了生物素标记。实验结果表明,相比单铺野生型WT-A1,单铺2B突变体R1308L明显增强了血小板的粘附比率,延长了血小板的瞬时拴缚时间并且降低了血小板的滚动速度;而单铺2M型突变体G1324S则使得血小板的粘附比率和瞬时拴缚时间均有下调,同时滚动速度增加。当双铺WT-A1+Fg和R1308L+Fg时,血小板的粘附比率则分别从单铺VWF-A1、R1308L的0.92%、1.18%上调至1.31%、1.96%;对其瞬时拴缚时间进行拟合分析表明,双铺WT-A1+Fg、R1308L+Fg可分别在0.18s、0.14s激活整合素,并降低其滚动速度;但是整合素的激活并未发生在G1324S中,对比单铺G1324S和双铺G1324S+Fg上血小板粘附比率、瞬时拴缚时间和滚动速度并无明显差异。这表明两种不同突变导致相似出血特征具有不同机制。
为了进一步探索突变对VWF粘附血小板功能的影响,我们采用分子动力学模拟的方法揭示了A1突变导致A结构域功能失调的内在分子机制。首先利用HADDOCK采用柔性对接的方法构建了一个A1/A2的复合物模型并通过计算机进行特定位点突变获得2M型突变体G1324S-A1/A2、2B型突变体R1308L-A1/A2复合物模型。我们通过构象分析发现A2结构域位于A1与GPIbα结合面一侧并占据了大部分A1与GPIbα结合位点。通过恒速度拉伸模拟得到了WT-A1/A2复合物及其突变体具体的拉伸解离过程和拉伸解离力大小。R1308L-A1/A2相比WT-A1/A2复合物机械稳定性降低,解离时间快,而G1324S-A1/A2突变体则显著增强,解离时间延长。通过3次100ns的自由分子动力学模拟过程确定了A1/A2复合物中主要存在的氢键和盐桥网络;R1308L-A1/A2突变体降低了ARG571、LYS572、GLU576氨基酸残基与A2结构域上α3螺旋、β4β5-loop环之间的相互作用从而降低了分子的稳定性,G1324S-A1/A2突变体增强了LYS572-ASP1587(生存率>84.12%)和ARG571-GLU1598(生存率>22.67%)之间所形成的的盐桥稳定性并产生新的相互作用ARG571-GLU1598盐桥(生存率>41%)。上述研究结果证明了复合物稳定性G1324S-A1/A2>WT-A1/A2>R1308L-A1/A2的顺序,并获得了关键性的残基。这为单个氨基酸突变引起的局部动力学性质变化影响分子间相互作用的亲和力调控机制提出了可能性的解释,同时也为相关血栓药物的设计和开发提供了一定的指导。
为了进一步探索突变对VWF粘附血小板功能的影响,我们采用分子动力学模拟的方法揭示了A1突变导致A结构域功能失调的内在分子机制。首先利用HADDOCK采用柔性对接的方法构建了一个A1/A2的复合物模型并通过计算机进行特定位点突变获得2M型突变体G1324S-A1/A2、2B型突变体R1308L-A1/A2复合物模型。我们通过构象分析发现A2结构域位于A1与GPIbα结合面一侧并占据了大部分A1与GPIbα结合位点。通过恒速度拉伸模拟得到了WT-A1/A2复合物及其突变体具体的拉伸解离过程和拉伸解离力大小。R1308L-A1/A2相比WT-A1/A2复合物机械稳定性降低,解离时间快,而G1324S-A1/A2突变体则显著增强,解离时间延长。通过3次100ns的自由分子动力学模拟过程确定了A1/A2复合物中主要存在的氢键和盐桥网络;R1308L-A1/A2突变体降低了ARG571、LYS572、GLU576氨基酸残基与A2结构域上α3螺旋、β4β5-loop环之间的相互作用从而降低了分子的稳定性,G1324S-A1/A2突变体增强了LYS572-ASP1587(生存率>84.12%)和ARG571-GLU1598(生存率>22.67%)之间所形成的的盐桥稳定性并产生新的相互作用ARG571-GLU1598盐桥(生存率>41%)。上述研究结果证明了复合物稳定性G1324S-A1/A2>WT-A1/A2>R1308L-A1/A2的顺序,并获得了关键性的残基。这为单个氨基酸突变引起的局部动力学性质变化影响分子间相互作用的亲和力调控机制提出了可能性的解释,同时也为相关血栓药物的设计和开发提供了一定的指导。