鈣離子作為細(xì)胞中重要的第二信使,廣泛調(diào)控著多種生理進程。如基因轉(zhuǎn)錄,細(xì)胞增殖、分化、凋亡等,同時細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的變化與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以及各種疾病息息相關(guān)。因此,細(xì)胞膜上的鈣離子通道是機體發(fā)揮重要生理功能的基礎(chǔ)。而鈣離子內(nèi)流主要是由鈣致鈣內(nèi)流介導(dǎo)的,其中,CRAC(Ca2+Release Activated Ca2+)通道是介導(dǎo)鈣內(nèi)流的主要通道。盡管鈣離子通過CRAC通道進入細(xì)胞的過程已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了幾十年,但是近期才對它的分子組成及功能有了更深入的研究。在實驗上觀察到,CRAC通道的L210F突變體可以使得通道處于激活狀態(tài),并且不需要激活因子的參與。本論文將以L210F突變體為突破口對CRAC通道的開放機制進行更加深入的探索。本論文在已有研究的基礎(chǔ)上,通過分子動力學(xué)模擬的方法,來研究突變特定單個非孔道殘基對CRAC通道結(jié)構(gòu)及其導(dǎo)通性的影響。采用分子動力學(xué)引擎(Gromacs)對我們的體系進行動力學(xué)模擬,使用CHARMM-GUI來進行補全,建模和突變殘基,運用全原子模型(all-atommodel,AA model)來計算動力學(xué)軌跡。在得到軌跡后通過MDAnalysis軟件包和Gromacs內(nèi)置的分析軟件來處理軌跡。本論文主要從以下兩方面對CRAC通道進行了研究:1、L210F突變對CRAC離子通道自身構(gòu)象的影響。本論文對野生型和突變型結(jié)構(gòu)分別進行了模擬,得到兩種體系穩(wěn)定的軌跡。結(jié)果表明:相對于野生型,突變型模擬的堿性區(qū)域和filter附近的半徑發(fā)生了一定程度的擴張,尤其是在其中一條突變型模擬軌跡中發(fā)現(xiàn)了 filter附近的顯著打開;此外,在殘基結(jié)構(gòu)的分析中發(fā)現(xiàn),位于第二跨膜螺旋TM2(Transmembrane Helix Two)上的殘基210由亮氨酸突變成苯丙氨酸后,有了更大的自由度,產(chǎn)生較野生型更大的旋轉(zhuǎn)角,使得其對TM1的限制作用減小,而與相鄰亞基的TM3的相互作用增強。2、L210F突變對CRAC離子通道周圍環(huán)境的影響。對通道附近的離子分析發(fā)現(xiàn):突變體L210F使得filter與疏水區(qū)域之間的水分子數(shù)明顯增多,孔道水合性的增加有利于離子的通過,這與之前文獻報道的L210F處于激活狀態(tài)的結(jié)論一致;陰離子Cl-的分布在兩種模擬中沒有顯著的差別,而陽離子Na+在突變模擬得到的軌跡里觀察到了相對于野生型結(jié)構(gòu)更深距離的滲透,進一步說明了突變體L210F處于較開放狀態(tài),但是在整個模擬的過程中沒有觀測到Na+的穿透現(xiàn)象,這可能與CRAC通道的低傳導(dǎo)性相關(guān)�？傊�,L210F突變體可以從孔道半徑及周圍環(huán)境等方面對通道的開啟產(chǎn)生影響。孔道半徑的增加及孔道水合性的增加都可以降低離子通過孔道的能量勢壘,即降低離子的滲透難度。本論文的模擬結(jié)果與實驗上對L210F突變體的研究相符,并提供了更詳盡的微觀細(xì)節(jié)。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：O561
【部分圖文】：

?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文???＾?＃?Ｃ＾＊?〇Ｎ？．??圖１－１細(xì)胞內(nèi)鈣信號和鈣穩(wěn)態(tài)的簡化模型，圖片來自文獻［８］??根據(jù)細(xì)胞類型的不同，胞外鈣離子的流入通過不同的鈣通道來完成。受體激??活的鈣通道（ＲＡＣＣ）可以由多種不同的刺激所激活，如化學(xué)的或機械的壓力、??各種胞內(nèi)胞外的信使以及鈣庫的鈣離子數(shù)等。電壓門控的鈣離子通道（ＶＯＣＣ）??的孔道通常有四個跨膜螺旋，并且在孔道中存在一些由帶電基團組成的“電位敏??感器”來充當(dāng)門控機制。當(dāng)感受到跨膜電位發(fā)生變化時，電敏感器可以在電場力??的作用下產(chǎn)生位移，對膜電位的變化做出反應(yīng)，導(dǎo)致閘門的開啟或關(guān)閉。鈣庫調(diào)??控的鈣通道通常具有高度的鈣離子選擇性，這種類型的鈣離子通道與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的關(guān)??系密不可分。以上這些鈣庫、鈣汞、受體和離子通道各司其職，共同協(xié)作，一起??完成了細(xì)胞內(nèi)的鈣穩(wěn)態(tài)。??１．１．２鈣庫操縱性鈣內(nèi)流??細(xì)胞中存在著非常多的通道和轉(zhuǎn)運體用來調(diào)控鈣離子的濃度，維持細(xì)胞內(nèi)??的鈣穩(wěn)態(tài)。其中，在后生動物的細(xì)胞中鈣離子進入細(xì)胞內(nèi)最主要的方式是由??ＳＯＣＥ?（Ｓｔｏｒｅ?Ｏｐｅｒａｔｅｄ?Ｃａｌｃｉｕｍ?Ｅｎｔｒｙ）這一過程所介導(dǎo)的，即轉(zhuǎn)庫操縱性的興內(nèi)??流。在最初的研究中，ＳＯＣＥ過程只在非興奮性細(xì)胞中被觀測到，然而隨著研究??的深入發(fā)展，研究者又發(fā)現(xiàn)鈣庫操縱的鈣內(nèi)流在所有類型的細(xì)胞中均有存在［８ｈ??１９８６年，Ｐｕｔｎｅｙ首先提出了有關(guān)鈣庫的盈虧與鈣離子內(nèi)流之間關(guān)系的假說。??他認(rèn)為，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和細(xì)胞膜在細(xì)胞內(nèi)部存在著互相接觸的地方，因此細(xì)胞外的鈣離??２??

?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文???Ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅｓ?Ｖｅｒｔｅｂｒａｔｅｓ??＿?丨?＇??ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅ?ｆｉｓｈ?ａｍｐｈｉｂｉａｎｓ?ｒｅｐｔｉｌｅｓ?ｂｉｒｄｓ?ｍａｍｍａｌｓ??ｃｈｏｒｄａｔｅｓ?Ｉ??（ｕｒｏｃｈｏｒｄａｔａ?＋?ｒ＼ｒ＾＼Ａ?Ｉ??ｃｅｐｈａｌｏｃｈｏｒｄａｔｅｓ?ｅｔｃ．）?ｕ丨?ａｉ?■?一丨?一???Ｏｒａｉ???Ｌ?０ｒａｉ３???Ｏｒａｉ２???圖１－２?Ｏｒａｌ蛋白的發(fā)展史，圖片來自文獻［２１］??不同亞基的Ｏｒｍ蛋白分子全部是位于細(xì)胞膜上的四次跨膜蛋白，但是互相??之間也有所不同。三種分子在序列上擁有６０％的相似性，在跨膜區(qū)域部分擁有??９０％的相似性。本論文使用的是果蠅的Ｏｒａｉｌ蛋白，它與人體的Ｏｒａｉｌ蛋白擁有??７０％的相似性［１６－１８］。Ｏｒａｉｌ的Ｃ端含有一個預(yù)測的Ｃ－Ｃ結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以參與??同ＳＴＩＭ分子的相互作用。〇ｒａｉ２和〇ｒａｉ３分子與ＳＴＩＭ分子相互作用也會增加??ＣＲＡＣ電流，但是會比Ｏｒａｉｌ小的多。Ｏｒａｉｌ蛋白可以被較低濃度的２－ＡＰＢ??（２－ａｍｉｎｏｅｔｈｏｘｙｄｉｐｈｅｎｙｌｂｏｒａｔｅ）所活化，但是，當(dāng)２－ＡＰＢ的濃度逐漸升高則可以??限制Ｏｒａｉｌ蛋白的活性。不同的是，Ｏｒａｉ３蛋白對任何濃度的２－ＡＰＢ都很敏感，??都可以被激活［１９－２１］。??Ｗ１２?Ｄ１１４?、??ｄｕｏｙ??＼?＼??ＴＭ１?ＴＭ２?ＴＭ３?ＴＭ４??５?Ｈ１３４??＾?ｉ?ＬＶ５ＨＩＣ＊??Ｖ?Ｊ??、??－－Ｌ２７３??／?響?Ｌ２７６??圖１－３?Ｏｒａｉｌ亞基的示意圖，圖片

?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文???Ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅｓ?Ｖｅｒｔｅｂｒａｔｅｓ??＿?丨?＇??ｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅ?ｆｉｓｈ?ａｍｐｈｉｂｉａｎｓ?ｒｅｐｔｉｌｅｓ?ｂｉｒｄｓ?ｍａｍｍａｌｓ??ｃｈｏｒｄａｔｅｓ?Ｉ??（ｕｒｏｃｈｏｒｄａｔａ?＋?ｒ＼ｒ＾＼Ａ?Ｉ??ｃｅｐｈａｌｏｃｈｏｒｄａｔｅｓ?ｅｔｃ．）?ｕ丨?ａｉ?■?一丨?一???Ｏｒａｉ???Ｌ?０ｒａｉ３???Ｏｒａｉ２???圖１－２?Ｏｒａｌ蛋白的發(fā)展史，圖片來自文獻［２１］??不同亞基的Ｏｒｍ蛋白分子全部是位于細(xì)胞膜上的四次跨膜蛋白，但是互相??之間也有所不同。三種分子在序列上擁有６０％的相似性，在跨膜區(qū)域部分擁有??９０％的相似性。本論文使用的是果蠅的Ｏｒａｉｌ蛋白，它與人體的Ｏｒａｉｌ蛋白擁有??７０％的相似性［１６－１８］。Ｏｒａｉｌ的Ｃ端含有一個預(yù)測的Ｃ－Ｃ結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以參與??同ＳＴＩＭ分子的相互作用。〇ｒａｉ２和〇ｒａｉ３分子與ＳＴＩＭ分子相互作用也會增加??ＣＲＡＣ電流，但是會比Ｏｒａｉｌ小的多。Ｏｒａｉｌ蛋白可以被較低濃度的２－ＡＰＢ??（２－ａｍｉｎｏｅｔｈｏｘｙｄｉｐｈｅｎｙｌｂｏｒａｔｅ）所活化，但是，當(dāng)２－ＡＰＢ的濃度逐漸升高則可以??限制Ｏｒａｉｌ蛋白的活性。不同的是，Ｏｒａｉ３蛋白對任何濃度的２－ＡＰＢ都很敏感，??都可以被激活［１９－２１］。??Ｗ１２?Ｄ１１４?、??ｄｕｏｙ??＼?＼??ＴＭ１?ＴＭ２?ＴＭ３?ＴＭ４??５?Ｈ１３４??＾?ｉ?ＬＶ５ＨＩＣ＊??Ｖ?Ｊ??、??－－Ｌ２７３??／?響?Ｌ２７６??圖１－３?Ｏｒａｉｌ亞基的示意圖，圖片
【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 于華;蛋白質(zhì)—肽相互作用的分子動力學(xué)模擬研究[D];浙江大學(xué);2015年

2 武福云;Orai和STIM1相互作用機制研究[D];南開大學(xué);2014年

3 于俊偉;CRAC通道中STIM1自我抑制機制的研究[D];華中科技大學(xué);2013年

本文編號：2884235