噬菌体分子马达pRNA力学稳定性的模拟研究

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pRNA(prohead RNA)作为噬菌体分子马达的重要组成部分,能够承受在DNA进入衣壳体过程中产生的巨大的力,强大力学稳定性在生物体内药物运输,癌症的治疗等方面具有良好的应用前景,因此,对pRNA的深入研究具有重要意义。但是目前除了 phi29 pRNA,关于其他pRNA的研究还处于起步阶段,一个重要原因是它们的三级结构没有通过实验解析出来,缺乏相关的实验数据。因此我们通过同源模建的方式来构建它们的三级结构,在此基础上研究它们的结构稳定性。本文首先采用同源模建的方法,构建GA1和SF5 pRNA中三叉结构域(three way juntion,3WJ)的三级结构,再运用拉伸动力学(steered molecular dynamics)的方法,从分子尺度研究这两个3WJ-pRNA的结构稳定性,并且探究这种稳定性的产生机理。1、GA1和SF5 pRNA与phi29 pRNA一样,都是枯草芽孢杆菌噬菌体分子马达的一部分,这三个pRNA在二级结构上具有非常高的相似性。通过分析不同同源模建服务器对phi293WJ-pRNA结构的预测效果对比,RNAcomposer能够非常准确的预测phi29 3WJ-pRNA。在此基础上,将该服务器运用于GA1和SF53WJ-pRNA三级结构的预测,得到GA1和SF5 3WJ-pRNA的结构,这两个3WJ-pRNA同轴螺旋之间的大沟都非常的狭窄。接着将两个Mg2+离子放进大沟中,发现每个Mg2+离子能够与RNA的两条链结合形成镁离子钳,由此得到研究结构稳定性的初始结构。此外我们也通过将3WJ-pRNA与别的两种3WJRNA(比如VSribozyme和group Ⅱ intron)进行对比,发现要形成镁离子钳,需要形成大沟的碱基上的磷酸基团指向大沟内部,同时我们也猜测了不利于镁离子钳形成的两个序列特征:1)同轴螺旋之间的存在未配对的碱基;2)三叉结构域(3WJ)的中心结处有未配对的腺嘌呤。2、与phi29 3WJ-pRNA结构稳定性类似,GA1和SF5 3WJ-pRNA在同轴方向上也表现出对外力的巨大抵抗作用,这种强大的力学稳定性对发挥pRNA的功能具有重要意义。从分子层面上观察,3WJ-pRNA的结构稳定性来源于同轴方向上两条螺旋结构的大沟中间存在着两个镁离子钳,这两个镁离子钳通过协同作用将同轴的两条螺旋牢牢的拉扯住,从而使得结构在同轴方向具有稳定性,这也与之前phi29 3WJ-pRNA的结果一致。
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