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丙型肝炎病毒(Hepatitis C Virus，HCV)能够引起丙型肝炎，目前全球有大约1.7亿人感染HCV，大多数感染者会转化为慢性感染，进而导致肝硬化和肝癌，因此HCV感染已经成为影响人类健康的一个重要问题。目前主要治疗方法是干扰素和利巴韦林联合治疗，但是存在疗程长，有效率低，副作用大，复发率高等问题。因此研究新的抗HCV药物迫在眉睫，尤其是特异性靶向抗病毒治疗药物的开发。其中HCV病毒包膜糖蛋白E2与受体CD81的作用是抗病毒药物开发的重要靶标。本论文通过分子动力学模拟及分子对接、核磁共振(NMR)、以及圆二色谱(CD)对受体CD81的功能区域胞外大环区(LEL)以及病毒蛋白E2的功能肽段(G436WLAGLFY443)的结构展开研究。
论文第一部分主要研究受体CD81 LEL结构域的单体与二聚体的结构差异，确定CD81的功能单元。HCV病毒的包膜糖蛋白E2和细胞上的受体CD81相互作用介导病毒侵入细胞。CD81 LEL结构域的二聚体与E2蛋白的结合远比CD81LEL结构域的单体结合能力强。为了理解CD81 LEL结构域的二聚体和单体与E2蛋白结合能力的差异，我们对CD81 LEL结构域的二聚体和单体进行了动力学模拟，发现CD81 LEL，结构域的单体不稳定，其结构与CD81 LEL结构域的二聚体有很大的差别，变化最显著的区域主要在与HCV E2蛋白结合的C和D螺旋区域。因此我们提出二聚化有利于稳定与病毒蛋白E2结合的功能区域，从而有利于介导病毒侵入细胞。
论文第二部分主要研究HCV E2蛋白的功能肽段(G436WLAGLFY443)的结构。我们利用分子动力学模拟、核磁共振(NMR)、以及圆二色谱(CD)对HCVE2蛋白的保守序列(G436WLAGLFY443，HE-1)的结构进行了研究。研究结果显示HE-1小肽在溶液中形成稳定的β-hairpin结构。通过丙氨酸(A)突变扫描，我们发现疏水作用是稳定β-hairpin结构的主要决定因素。通过将turn区域的丙氨酸(A)突变成天冬酰氨(N)，可以进一步改善HE-1小肽的β-hairpin稳定性及水溶性。
论文第三部分主要研究氨基酸在β-hairpin结构中不同位置的偏好性及其内在的原因。通过统计分析，我们发现氨基酸不仅在形成β-hairpin结构的turn部分有偏好性，在β-hairpin结构的sheet部分也有偏好性，而且这些偏好性与单独sheet结构中的偏好性有明显的差异。其中酪氨酸(Y)在Ⅰ和Ⅱ型的β-hairpin的S+3位置有显著的偏好性，进一步的分析显示由于酪氨酸(Y)的侧链苯环上O原子与S-1位置主链C=O中O原子能够通过一个水分子形成氢键网络，从而可以稳定β-hairpin结构。这些研究发现对设计稳定的β-hairpin结构，对蛋白结构中氨基酸侧链的构象的预测和校正NMR和晶体结构中氨基酸侧链的构象都有一定的指导意义。肽段