【摘要】：近年來,蛋白的構(gòu)象已成為人類疾病研究中的熱點,已經(jīng)證明多種重要疾病的發(fā)生起源于蛋白質(zhì)構(gòu)象的異常。在生物物理學(xué),生物醫(yī)學(xué)和信息科學(xué)不斷發(fā)展的今天,越來越多的小分子藥物和對應(yīng)的蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)被解析出來,藥物的療效已成為人們關(guān)注的熱點問題。我們課題組致力于使用計算機(jī)分子動力學(xué)模擬的手段,探索重要的疾病蛋白和相關(guān)小分子抑制劑相互作用的分子動力學(xué)機(jī)制,通過蛋白質(zhì)和小分子結(jié)合的構(gòu)象變化和結(jié)合自由能的計算結(jié)果從而提出它們的結(jié)合機(jī)制,這些數(shù)據(jù)對下一步新型有效的小分子藥物的創(chuàng)新開發(fā)有著十分重要的價值。1.大環(huán)內(nèi)酯抗生素蛋白MphR(A)和小分子紅霉素的結(jié)合引發(fā)藥物抗性的分子動力學(xué)研究大環(huán)內(nèi)酯傳感器蛋白MphR(A)在代謝識別和基因的表達(dá)調(diào)控方面是一種關(guān)鍵性的調(diào)節(jié)蛋白。大環(huán)內(nèi)酯傳感器蛋白MphR(A)和大環(huán)內(nèi)酯抗生素紅霉素(Erythromycin)的結(jié)合結(jié)果是釋放蛋白轉(zhuǎn)錄的操縱子,激活了mphA基因的轉(zhuǎn)錄從而導(dǎo)致細(xì)菌體內(nèi)的紅霉素抗性(Erythromycin resistance)。在我們的研究工作中,我們發(fā)現(xiàn)了對大環(huán)內(nèi)酯抗生素蛋白MphR(A)中兩個氨基酸進(jìn)行突變(V66L/V126L)會大大影響蛋白MphR(A)和大環(huán)內(nèi)酯抗生素紅霉素(Ery)的結(jié)合活性.我們運(yùn)用分子動力學(xué)模擬研究探索了野生型蛋白MphR(A)-Erythromycin復(fù)合物和雙突變蛋白(V66L/V126L)-MphR(A)-Erythromycin復(fù)合物的全原子分子動力學(xué)模型,并做MM-GBSA結(jié)合自由能計算。對于該蛋白的載體蛋白和野生型突變型的蛋白復(fù)合物的分子動力學(xué)模擬分析發(fā)現(xiàn)了突變體蛋白復(fù)合物中獨有的一些現(xiàn)象,在野生型蛋白小分子復(fù)合物中,Helix I呈現(xiàn)一個有序的右手alpha螺旋的蛋白質(zhì)二級構(gòu)象。但是由于兩個氨基酸的突變會使得這段有序的右手alpha螺旋解旋成為無規(guī)卷曲的蛋白質(zhì)二級構(gòu)象。雙突變體系和野生型復(fù)合物體系相比,它的結(jié)合自由能有顯著地降低,同時具有較高的蛋白質(zhì)的柔性。于是,我們推斷兩個氨基酸的突變V66L/V126L使得蛋白MphR(A)和紅霉素小分子Erythromycin的結(jié)合活性降低,最終導(dǎo)致抗生素抗性的解除。自由能分解分析進(jìn)一步解析了雙突變體系V66L/V126L-MphR(A)-Ery中自由能變化的根源,這個體系,結(jié)合自由能的減少主要源于靜電相互作用。在雙突變體系復(fù)合物體系中,突變后的氨基酸殘基Leu66以及氨基酸殘基Arg122和Thr154對蛋白V66L/V126L-MphR(A)和小分子Ery的結(jié)合能的貢獻(xiàn)顯著。在野生型復(fù)合物體系中,氨基酸殘基Tyr103和Hie147的能量貢獻(xiàn)顯著。目前的研究給我們提供了極有用的全原子分子動力學(xué)模擬數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)揭示了氨基酸的突變對蛋白質(zhì)和小分子結(jié)合的影響及其內(nèi)部的動力學(xué)機(jī)制,為抗生素抗藥性的發(fā)生和解除提供了線索,這些數(shù)據(jù)為下一步發(fā)展和合成新的有效的抗生素藥物提供了有效的依據(jù)。2.端錨聚合酶蛋白TNKS1和一種新穎的煙堿異構(gòu)體化合物ISX的結(jié)合機(jī)制的分子動力學(xué)研究Tankyrases (TNKSs),是人類多聚ADP核酸聚合酶(PARP)蛋白超家族中的一員,并在人類細(xì)胞增殖中起到十分關(guān)鍵的作用。在各種多聚ADP核酸聚合酶蛋白超家族成員中,我們發(fā)現(xiàn)蛋白Tankyrasel (TNKS1)對相應(yīng)的抑制劑有很高的選擇性,我們在這篇文章中運(yùn)用分子動力學(xué)模擬的方法來研究蛋白TNKS1和一種新穎的煙堿異構(gòu)體化合物ISX的結(jié)合機(jī)制,并認(rèn)定這一化合物可以成為蛋白TNKS1的一種潛在的抑制劑。基于分子動力學(xué)模擬研究的結(jié)果,我們針對蛋白TNKS1結(jié)合小分子引起的柔性變化和活性位點中的肽段Ile1228-Glyl229-Gly1230的構(gòu)象分析其蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的變化。我們發(fā)現(xiàn)該酶蛋白的已知的抑制劑XAV939結(jié)合到蛋白上可以使得肽段Ilel228-Glyl229-Glyl230呈現(xiàn)一個明顯地螺旋狀蛋白質(zhì)二級構(gòu)象,但是在ISX結(jié)合體系中,這個肽段呈現(xiàn)一個無規(guī)則卷曲的二級構(gòu)象。對于體系的氫鍵計算結(jié)果顯示氨基酸Tyr1203和結(jié)晶水WAT1551形成重要的氫鍵,起到穩(wěn)定抑制劑XAV939和小分子ISX復(fù)合物的作用,與此同時,靜電相互作用力和范德華相互作用力在TNKSI-ISX復(fù)合物體系中是作用的主要的結(jié)合作用力。我們運(yùn)用分子動力學(xué)模擬手段的模擬實驗結(jié)果以及自由能計算的結(jié)果和實驗的結(jié)果是一致的。自出能分解分析顯示的數(shù)據(jù)結(jié)果表明,氨基酸殘基Try1224和Lys1220分別在TNKS1-ISX和TNKS1-XAV939兩個體系中分別有比較重要的能量貢獻(xiàn)。綜上所述,我們在模擬實驗中得到的結(jié)果和數(shù)據(jù)將在新型抑制劑的開發(fā)和合成方面有重要的應(yīng)用價值。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R363
【圖文】：

１．邋１．邋１氨基酸－蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元逡逑氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單元巧］。一般O喫擔(dān)鍰迥詿嬖冢玻爸職被義纖幔郟叮蕁０被岬慕峁雇ㄊ餃繽跡保�。氨基酸烷幃他z閑緯傻膔懶礎(chǔ)Ｒ惶躉蚨嗵蹂義俠吡淳歡ǖ目占涔瓜蟮惱鄣嶁緯傻鞍字實畝豆瓜螅刻醴裊吹陌被崾義夏渴遣煌�，排列更蕟抬差NB別，同時折疊方式多種多樣［７，引。盡管如此，由逡逑遺傳密碼所編碼得到的基本的氨基酸只有２０種巧］。在圖１．２中我們例舉了這逡逑２０種基本氨基酸的結(jié)構(gòu)［１０］。逡逑始化逡逑ｍ邋Ｈ邐。逡逑Ｉ邋３逡逑Ｈ邋Ｎ邋…Ｃ邐（、Ｏｉｌ逡逑Ｍ邋Ｗｙ逡逑圖１．１蛋Q喼實幕窘峁溝ピ被徨義賢甲ⅲ喊被嵐捎械瑌凈筒嗔椿�，氨基酸笀A嗔椿諾牟煌擲�。辶x希卞義

本文編號：2763266