天然无规蛋白分子力场的开发及应用

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:dhalbert
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近年来,随着信息时代的发展和计算机运算能力的迅速提升,分子动力学模拟已在研究生物大分子的结构功能关系、探索疾病发生发展机制、寻找新的药物靶点和药物设计与开发等多个方向上为传统实验提供日益重要的支持。作为分子动力学模拟的基石,分子力场是模拟准确性的关键。分子力场的不断优化,也是为了不断提高其准确性和适用性。  天然无规蛋白是一类在生理条件下缺乏特定的高级结构的蛋白。这类蛋白结构的高可变性使得其结构特点以及功能与结构化的蛋白非常不同,在细胞信号转导通路中起核心作用,并与许多疾病相关。因此,对天然无规蛋白结构功能的研究就显得非常必要和迫切。然而,现有的分子力场并不适用于天然无规蛋白。本文通过在现有力场ff99SBildn的二面角能量项上对八种无规倾向性氨基酸加入优化的CMAP能量修正项,获得新的针对天然无规蛋白的ff99IDPs力场。对麻疹病毒核蛋白(MeV NTAIL)、p53蛋白转录活化结构域(p53 TAD)、I型人免疫缺陷病毒Rev蛋白(HIVRev)、天冬氨酸蛋白酶抑制蛋白 IA3(IA3)和α-突触核蛋白(αSyn)等天然无规蛋白的模拟测试表明,ff99IDPs对天然无规蛋白的模拟表现显著优于ff99SBildn,可以得到更加无规的构象,且预测得到的热力学数据与实验数据更加接近。同时,对结合态的MeV NTAIL、HIVRev、蛋白溶菌酶(lysozyme)和泛素蛋白(ubiquitin)的模拟测试显示,ff99IDPs同样适用于模拟结构化的蛋白。尽管如此,ff99IDPs在测试蛋白中的某些区域仍表现出过于结构化的特征。这些区域的静电和氢键相互作用较为稳定,提示进一步改进和优化的重点需要放在电荷-电荷相互作用上。本文在可极化力场 ff02.pol.r1的基础上同样优化 CMAP能量项参数,得到表现显著优于原力场的极化力场ff02IDPs.pol.alpha。进一步的改进和优化正在极化力场中的极化率和电荷参数上进行。  ERG蛋白属于ETS结构域蛋白家族成员,是重要的转录因子,与多种疾病相关。ERG蛋白与配体DNA的结合展现出别构自抑制效应。晶体结构表明ERG蛋白内存在较多的天然无规区域,因此本文将ff99IDPs力场应用于ERG蛋白,进行了多体系多轨迹的模拟和相关性网络构建分析,发现自抑制和非抑制状态的ERG蛋白虽然结构相似,但相关性网络存在很大差别,这种差别是由N端抑制结构域(NID)和C端抑制结构域(CID)之间的相互作用诱导的。由此,本文提出“NID-CID结合诱导的别构自抑制”这一假说,来解释自抑制现象,并得到相应的别构通路。同时,本文对现有的蛋白结构功能关系提出了重要补充,即“结构?动态网络?功能”。
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