论文部分内容阅读
研究成熟神经元脱离细胞周期的分子机理对认识中枢神经退行性病变机理至关重要。SHC1、SHC3是细胞内起始信号分子,在结构上具有很高的同源性,都包含PTB-CH1-SH2结构域,然而在中枢神经系统中,SHC1仅表达于神经干细胞,而SHC3则仅在成熟神经元中表达,两者在细胞分布上的差异为探讨神经元脱离细胞的机理提供了良好契机:通过比较SHC1和SHC3在细胞信号通路中的作用差异,探讨神经元脱离细胞周期的机理。由于有众多上下游分子可能与SHC分子相互作用,在没有相互作用分子明确线索情况下,非常不利于直接展开实验研究,为此,我们采取先用计算结构生物学模拟得到明确线索,再有针对性地进行实验验证的策略进行研究。首先,需要建立强大的计算生物学模拟计算平台。我们以星盈超级刀片计算机为硬件,采用AMBER、CHARMM和VMD等著名软件,成功构建了一个可高效并行运转的计算生物学模拟计算平台。在此平台上,确定了磷酸化氨基酸的最适力场参数(AMBER);实现了分子动力学、拉伸动力学、伞形动力学、约束动力学等快速计算方法;实现了蛋白质-质膜体系构建方法;建立了蛋白质与磷酸化肽段的对接方法;建立了分步拉伸动力学方法,实现了用最小的功将相互作用的蛋白拆分而不引起结构大的改变;通过编程,建立了提取AMBER轨迹每个时间点的能量值并得到能量变化曲线的方法,实现了对整个轨迹中结合能以及关键氨基酸贡献的观察。这一平台的建立为进一步的模拟计算分析奠定了坚实的工具基础。在初步模拟计算中,我们首先选择SHC1的SH2结构域与T细胞受体相结合的结构作为研究对象,计算CD247-zeta酪氨酸磷酸化前后两者结构和结合能的改变,发现去磷酸化后两者的结合力下降至原来的1/3,并且CD247-zeta有离开作用中心的趋势,说明酪氨酸残基的磷酸化修饰在两者结合中非常重要,计算结果得到了pull-down实验验证;通过分析磷酸化酪氨酸在两者结合过程中的作用及稳定性,发现磷酸化酪氨酸既能通过苯环和自身疏水氨基酸形成疏水相互作用,又能通过磷酸根和配体亲水氨基酸形成亲水相互作用,形成矛盾统一的结合方式,这很可能是信号通路主要选择酪氨酸磷酸化修饰进行信号传递调节的原因所在。因此,在深入模拟计算过程中,我们重点考虑了酪氨酸磷酸化修饰的作用。我们将酪氨酸激酶受体拆分成若干个含有可被磷酸化修饰的酪氨酸的肽段,同时也将SHC分子拆分成PTB、CH1和SH2结构域。同源模建和对接了相关结构,利用改进的适合磷酸化酪氨酸的AMBER力场计算SHC分子及其不同结构域和酪氨酸激酶受体不同肽段的结合,得出以下结果:与IR、EGFR、TRKA、CD247-zeta的结合力和结合稳定性,SHC3分子和IR999、TRKA490均比SHC1强,其中SHC3分子和TRKA490的结合最强,SHC1分子和EGFR、TRKA490的结合也比较强;在SHC分子结构域与IR、EGFR、TRKA、CD247-zeta等酪氨酸激酶受体不同肽段的结合力比较中,SHC3的PTB结构域和TRKA490的结合是最强的,其次是SHC3的SH2结构域和TRKA490的结合是最强。我们还计算和比较了SHC分子CH1结构域和GRB2的结合,发现SHC3与GRB2的结合明显低于SHC1;还发现SHC3分子CH1结构域Y341/Y342和Y379/Y380分别双磷酸化后与GRB2的作用均减弱,而SHC1分子CH1结构域Y239/Y240酪氨酸双磷酸化后与GRB2的结合明显增强,通过上诉分析就可能造成他们对下游信号分子的选择不同。最后我们还成功地模拟了SHC1-PTB的结构域上SER/THR磷酸化调节的机理,由于SER29磷酸化造成SHC1与IR999的结合力的下降,最终影响细胞增殖。在SHC3-PTB结构域上也同样存在类似的SER/THR磷酸化位点,所以进一步的研究需要研究SHC3分子上SER/THR磷酸化位点作用的。以上分析表明,SHC1和SHC3虽然结构相似,但他们的上游结合受体和下游作用信号分子明显不同,这为进一步深入实验研究这些差异点与神经元脱离细胞周期的关系奠定了理论计算基础。