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自上世纪90年代以来,伴随着计算机科学领域的蓬勃发展,生物信息学也得到了迅猛的发展,生物信息学中研究的一个重要对象就是蛋白质,关于蛋白质的研究模拟已成为一个至关重要的研究领域。应用分子模拟的方法利用计算机软件构建蛋白质的三维结构模型,研究生物大分子的结构特点,进而分析蛋白质同底物的相互作用,描述蛋白质的微观生化机理和药物分子的设计已经成为进行生物学和现代医学研究的一个重要手段。本论文通过应用分子模拟方法研究了蛋白与DNA、蛋白与抑制剂之间的相互作用,并在此基础之上通过能量计算和其它方法进行了结合特异性以及反应机理的研究,深入了解了蛋白质与底物相互作用的细节问题。得到的模拟结果能够支持进一步的相关研究,并且在抑制剂与新药设计方面具有重要的指导性意义。论文的主要贡献如下:一、分子动力学研究Ftz-F1区域位置变化对人类LRH-1蛋白活性的影响。人类肝受体同系物- 1(hLRH-1; NR5A2)是胚胎发育和成人核受体的转录因子超家族的重要成员。核受体的DNA结合域和配体结合域被普遍认为是相对独立地运作,某种程度上是因为他们的连接是柔性的,Isaac H.Solomon等报道表明,Ftz-F1域的定位可能会显著影响hLRH-1全长的转录活性。他们发现,hLRH- 1的残基突变不能使Ftz-F1区域的DNA螺旋断裂,但是降低了hLRH- 1的转录活性,不仅如此,转录激活剂GRIP1不能修复hLRH-1的转录活性。这些结果表明,Ftz-F1域可能直接影响DNA的识别。但是Ftz-F1域如何规范hLRH- 1转录活性的细节目前还尚不清楚。本文共建立了三个体系,第一个体系具有核受体家族中较高的活性hLRH- 1和来自人类CYP7A1基因的12个碱基对。第二个体系是涉及双突变(G169V/P170A)的低活性hLRH-1,而第三个体系是涉及三突变(Y96A/F168A/Y172A)的次活性情况的hLRH- 1。对三个体系进行5ns的动力学模拟。通过均方根偏差可知三个体系分别在1.9ns、1.5ns、1.7ns达到平衡,由于长loop区得运动不同,导致野生型比其他两个体系拥有相对高的均方根偏差。并且关键碱基形成的氢键数量也各不相同。通过分析得知三个体系有相似的相关运动,且DNA在不同范围内的振动导致弯曲角度的不同。最后,研究确认了FTz-F1区域和hLRH-1中的DNA结合域的相对运动能够改变整个DNA结合区域的静电势。表面静电势的改变直接影响了DNA-蛋白的识别并且进一步影响这三个体系的转录活性。二.针对精氨酸酶Ⅰ手性与丁基苯酞的相关研究。精氨酸酶是一种双核含锰金属酶,目前发现其有两种亚型:Ⅰ型和Ⅱ型,两者的氨基酸序列约有60﹪的同源性,主要区别在于各自的组织分布、亚细胞定位以及免疫反应性。精氨酸酶Ⅰ型在肝脏、脑等部位的细胞之内存在高表达,可以将精氨酸代谢为鸟氨酸和尿素,进而参与尿素循环,对体内氨代谢起到重要的作用。研究发现,精氨酸酶存在于血管系统中,当血管受到损伤时,血管平滑肌细胞大量表达精氨酸酶Ⅰ。丁基苯酞(n-butylphthalide,NBP)是由中药中提取的单一内酯药物分子,L-丁基苯酞是如何同精氨酸酶Ⅰ的作用机理尚不清楚。本文利用分子对接和分子动力学模拟方法,分别研究了精氨酸酶Ⅰ型与L,D型精氨酸复合物的结构,通过研究得知两个复合物结构基本都在3.5ns达到平衡,D型精氨酸在相互作用能和氢键数量上都比L型精氨酸要小,且D型精氨酸的胍基与锰离子的距离变大,因此我们可以推断L型精氨酸是精氨酸酶Ⅰ的底物。同时还对精氨酸酶Ⅰ与丁基苯酞之间的相互作用关系进行了研究,发现两个化合物都在1ns之后达到平衡,但D-NBP在1100-1300ps时移动到了精氨酸酶Ⅰ活性口袋的边缘,远不如L-NBP稳定。由此可知L-NBP可同精氨酸酶Ⅰ形成稳定的化合物,这对今后以精氨酸酶Ⅰ为靶点的药物设计提供了理论依据。三.分子动力学模拟多肽抑制剂与Vif-ElonginC蛋白的作用模式。HIV-1 Vif蛋白能与体内抗病毒因子APOBEC3G(A3G)相互作用,APOBEC3G是一种天然抗病毒活性的胞嘧啶氨基酸酶的家族中的一员,它能使HIV-1基因组发生鸟嘌呤至腺嘌呤的碱基突变,是HIV基因组不能执行正常的功能进而抑制HIV-1的复制。但是其抗病毒功能却被HIV-1 Vif蛋白所拮抗。Vif能够与宿主细胞内多种蛋白形成一个具有泛素蛋白连接酶功能的ECS(ElonginC Cullin SOCS-box complex)复合物,导致APOBEC3G的泛素化并最终被体内蛋白酶体识别、降解,从而无法发挥抗病毒功能。因此探讨如何抑制Vif蛋白的作用机理对于设计抗艾滋病药物具有重要的研究意义。本文利用分子对接,分子动力学方法对多肽抑制剂与ElonginC蛋白之间的相互作用进行了研究。从理论角度证明了多肽抑制剂的Leu2, Tyr4残基位点可以特异性的同ElonginC蛋白的Ile78, Leu91残基位点结合,且多肽抑制剂的Leu10残基位点同ElonginC蛋白的Leu89残基位点之间分别存在强相互作用,阻断Vif-ElonginC蛋白间的相互作用。进而起到抑制Vif对APOBEC3G蛋白的拮抗作用,破坏Vif-APOBEC3G-E3复合物的形成。