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乙型病毒性肝炎是由乙型肝炎病毒(HBV)引起的,目前普遍认为,HBV对肝脏所造成的损伤是在其自身病毒复制之后,人体免疫系统中T淋巴细胞的病毒性反应紊乱所造成的。HBV在其复制过程中有一个极其重要的中间产物,称之为pregnomic RNA,而存在于pregnomic RNA上的一个茎环结构epsilon RNA则介导了pregnomic RNA与逆转录酶(HBVRT)的结合包装,从而在HBV基因组的整个复制过程中起到了至关重要的作用。
云南大学现代生物学研究中心已经模拟出了epsilon RNA的三维结构,并对其与逆转录酶的对接做了初步探讨。本论文工作将在这一基础上对于epsilon RNA和逆转录酶的对接做进一步的筛选,并通过分子动力学模拟进行深入探讨。
在分子对接过程中根据能量最优和空间互补的原则进行模型筛选,此过程在Linux系统环境下的InsightⅡ软件包上进行。通过活性位点的分析,在三个合适的位置取向上分别甄选10组共30个结构数据,经能量优化之后选出其中最低的三个构象(Ⅷ1、Ⅳ2、Ⅵ3),并与已有的数据(Ⅵ*)进行对比分析,得出最佳结合模式(Ⅷ1),再进行5个纳秒(ns)的动力学模拟,最终确定最优构象。
值得一提的是,在模拟过程中添加溶剂分子时,需要以人体内环境为参考,将参数设置为生理盐水环境,这样就能增加研究结果的实用性。
对复合物的分子动力学模拟我们采用了分步操作,包括优化、升温、平衡和采样过程,其中为了保证结果的可信度,平衡和采样的时间均采用5ns。对接结果显示,epsilonRNA的Site1活性位点和HBV RT的site1、site2两个活性位点紧密结合,而且将模拟前后的结构放在一起对比,可以直观地看出模拟后复合物的表面积有所缩小,说明此时的结构更为紧凑。另外,对结果进行分析之后我们发现,除了活性位点之外,位于epsilonRNA上的U17、U18和C24与HBV RT上的ARG403、LEU414和ALA444也有氢键作用。
采样过程显示,从第4ns开始,复合物体系的势能维持在-900100kJ/mol左右,而整体的RMSD值维持在1.1(A)附近,另外,由于氨基酸的C骨架对体系的稳定性贡献较大,我们又对C-α的RMSD进行分析,发现同样从4ns开始,C-α链的结构趋于稳定,维持在0.41(A)。因此我们可以将4ns之后的构象作为复合物的最佳结合模型。
在乙型肝炎的药物研制过程中,药物分子设计的理论工作无疑是有着重要意义的,而在药物分子设计中,分子对接和分子动力学模拟又是不可或缺的,因此积极探讨epsilon RNA与逆转录酶的结合构象,必将为乙型肝炎的治疗研究提供有价值的参考,也可为整个研究方向选择另一种途径。