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目前针对基因表达调控的大部分研究主要在宏观层面如发现和鉴定调控基因,阐述调控通路,对于基因调控因子在结构上的改变与功能获得的关系认识的不是很清楚。基因调控因子主要是指存在于原核和真核生物中参与基因转录和翻译的辅助因子,包括大部分的蛋白和少部分的RNA。研究基因调控因子的结构变化对于深入认识调控因子发挥作用的分子机理及设计基因表达调控工具具有重要意义。传统的生物学实验手段无法全面对结构功能关系进行研究,为此,本文用分子动力学模拟的方法,结合模拟后的初步分析和新颖的动态相关性网络等分析方法对结构改变与功能获得的分子机理进行阐释。本文主要对两类调控因子的调控机制进行了研究,首先对与癌症发生相关的“阅读蛋白”TRIM24特异识别协同修饰组蛋白的分子机理进行了研究,通过构建不同修饰组蛋白和TRIM24结合的体系及突变体系,然后进行分子动力学模拟,对模拟轨迹进行初步分析发现了不同体系在结构上和结合能力上的差异,再利用动态相关性网络和社团网络分析方法,发现H3K23ac体系相比其它体系在信息传递上更为流畅,因此提出了“协同修饰诱导调控”理论,进一步找到了协同修饰位点间最短信息传递路径。其次研究了原核生物中调控四氢叶酸代谢的四氢叶酸(Tetrahydrofolate,THF)-核糖开关,文献中报道了两种THF核糖开关,一种是在3WJ位置结合有一个THF的I-THF-核糖开关,另一类是在3WJ和PK位置各结合一个THF的II-THF-核糖开关,利用模拟后的初步分析发现了在THF结合前后核糖开关在结构上的差异,同时用动态相关性网络和社团网络分析,阐述了THF-核糖开关中的别构和协同别构信息传递问题,并提出了“THF结合诱导别构”理论,利用最短路径分析方法找到了具体的别构通路和协同别构路径并进行了验证。本文的创新性有:(1)引入了新颖的动态相关性网络、社团网络、最短路径等分析方法来研究调控因子的结构改变与功能获得的分子机理问题;(2)通过研究TRIM24与特定修饰类型组蛋白的识别关系,提出了“协同诱导调控”理论。对THF-核糖开关的研究,提出了“THF结合诱导别构的”理论;(3)对基因调控因子的结构功能关系进行阐述,有利于解释药物发挥作用的机理。总结起来,本文主要研究了真核生物中的蛋白调控因子和原核生物中的RNA调控因子,利用动态相关性网络等分析方法发现基因调控因子通过协同和别构等机制获得功能,本论文研究内容是对基因表达调控理论的完善,可以解释药物发挥作用的原理,对药物设计具有一定的指导意义。