蛋白质柔性复合物的结构预测

将自洽系综最优化方法（ＳＣＥＯ）推广到主链可变的分子体系,并以此来实现蛋白质复合物结合界面的柔性优化。据此,提出了一种模拟蛋白质“诱导契合”过程的计算方法,来实现蛋白质柔性复合物的结构预测。经过三个蛋白质柔性复合物结构预测的检验,表明这种方法是可行的,并且达到了计算精度和计算速度上的兼顾     

蛋白质-配体柔性对接综述

蛋白质与配体的相互作用在药物发现与筛选、功能食品开发等方面,都具有重要的科学意义。研究蛋白质-配体对接的目的在于通过已知配体和目标蛋白质的三维结构,运用计算手段来预测和评估蛋白质-配体复合物的三维构象,从而更好地理解蛋白质-配体之间的相互作用。随着已解析蛋白质单体结构的数量和计算能力的不断增加,蛋白质-配体对接也越来越现实并可靠。作者对蛋白质-配体柔性对接过程中所涉及的蛋白质的柔性、配体的准备、构象空间的采样方法、打分函数及其后期处理等方面进行了综述。     

蛋白质- 核酸对接方法研究进展

分子对接技术作为预测蛋白质-核酸复合物结构的有效方法,为研究在生物学过程中蛋白质-核酸的相互作用提供了重要的工具。本文首先分析了当前蛋白质-核酸对接研究中的主要困难,例如构象变化和核糖磷酸骨架的带电性问题。然后从构象搜索、打分函数、柔性策略三个方面比较和总结了蛋白质-核酸对接中主要的计算方法。最后回顾了蛋白质-核酸对接计算模型的应用,并对未来的工作进行了展望。     

预测蛋白质—蛋白质复合物结构的软对接算法

提出了一种有效的软对接算法 ,用于在已知受体和配体三维结构的条件下预测蛋白质 蛋白质复合物的结构。该算法的分子模型基于Janin提出的简化蛋白质模型 ,并在此基础上有所改进。对蛋白质分子表面的柔性氨基酸残基Arg、Lys、Asp、Glu和Met进行了特殊处理 ,通过软化分子表面的方式考虑了它们的侧链柔性。采用双重过滤技术来排除不合理的对接结构 ,此过滤技术是以复合物界面几何互补性和残基成对偏好性为标准提出的。对所得到的构象进行能量优化 ,之后用打分函数对这些结构进行排序 ,挑选出与复合物天然结构接近的构象。该打分函数包括静电、疏水和范德华相互作用能。用此算法对 2 6个复合物进行了结构预测 ,均找到了近天然结构 ,其中有 2 0个复合物的近天然结构排在了前 10位。改进的分子模型可以在一定程度上描述蛋白质表面残基侧链的柔性 ;双重过滤技术使更多的近天然结构保留下来 ,从而提高了算法成功预测的可能性 ;打分函数可以较合理地评价对接结构。总之 ,此种软对接算法能够对蛋白质分子识别的研究提供有益的帮助。     

HIV-1整合酶与L708, 906抑制剂结合模式及运动性的研究

前期工作已用分子对接方法获得了HIV-1整合酶与L708,906抑制剂分子的复合物模型(IN_L708,906),现从距离、能量和氢键三个方面详细地分析了IN_L708,906模型中的关键残基.结果表明,复合物模型与蛋白质晶体库中整合酶(IN)与5CITEP的结合模式相近.用主成分分析和动力学交叉相关图方法分别研究了IN_L708,906复合物模型和IN单体的运动模式及相关性差异.计算结果显示,L708,906抑制剂的结合使得IN功能loop区残基柔性下降、分子规律性运动的丧失及集团运动相关性的无序增加,这些可能是酶活性下降的主要因素.模拟结果将有利于基于芳香二酮酸类的抗HIV药物设计.     

蛋白质复合物结构预测的集成分子对接方法

蛋白质分子间相互作用与识别是当前生命科学研究的热点,分子对接方法是研究这一问题的有效手段．为了推进分子对接方法的发展,欧洲生物信息学中心组织了国际蛋白质复合物结构预测（CAPRI）竞赛．通过参加CAPRI竞赛,逐步摸索出了一套用于蛋白质复合物结构预测的集成蛋白质一蛋白质分子对接方法HoDock,它包括结合位点预测、初始复合物结构采集、精细复合物结构采集、结构成簇和打分排序以及最终复合物结构挑选等主要步骤．本文以最近的CAPRI Target 39为例,具体说明该方法的主要步骤和应用．该方法在CAPRI Target 39竞赛中取得了比较好的结果,预测结构Model 10是所有参赛小组提交的366个结构中仅有的3个正确结构之一,其配体均方根偏差（L_Rmsd）为0．25nm．在对接过程中,首先用理论预测和实验信息相结合的方法来寻找蛋白质结合位点残基,确认CAPRI Target 39A链的A31TRP和A191HIS,B链的B512ARG和B531ARG为可能结合位点残基．同时,用ZDock程序做不依赖结合位点的初步全局刚性对接．然后,根据结合位点信息进行初步局部刚性对接,从全局和局部对接中挑出了11个初始对接复合物结构．进而,用改进的Rosetta Dock程序做精细位置约束对接,并对每组对接中打分排序前200的结构进行成簇聚类．最后,综合分析打分、成簇和结合位点三方面的信息,得到10个蛋白质复合物结构．竞赛结果表明,A191HIS,B512ARG和B531ARG三个结合位点残基预测正确,提交的10个蛋白质复合物结构中有5个复合物受体一配体界面残基预测成功率较高．与其他参赛小组的对接结果比较,表明HoDock方法具有一定优势．这些结果说明我们提出的集成分子对接方法有助于提高蛋白质复合物结构预测的准确率．     

应用死端排除法考虑分子对接中的侧链柔性

假设分子对接面的紧密堆积类似于蛋白质内部的紧密堆积,因此用于蛋白质内部的侧链构象预测方法,如死端排除法,可应用于分子对接面内的侧链构象预测。应用９个晶体结构对这一假设进行检验,结果表明假设基本正确。对２个蛋白酶与抑制剂的应用比较成功。９个配体中的７个有正确的均方根差的趋势。还发现受体结构的柔性较小,说明由于对接面的紧密堆积产生的侧链构象变化很小。根据这些结果,提出一个新的分子对接流程图,即在刚体对接后加入对接面中氨基酸残基的侧链构象预测。对一个蛋白酶与抑制剂的复合结构的应用表明对接中的正确解的信号与噪音比相对错误解增加了。     

蛋白质-蛋白质分子对接方法中分子柔性处理与近天然结构筛选的研究

蛋白质-蛋白质分子对接方法是研究蛋白质分子间相互作用与识别的重要理论方法。该方法主要涉及复合物结合模式的构象搜索和近天然结构的筛选两个问题。在构象搜索中,分子柔性的处理是重点也是难点,围绕这一问题,近年来提出了许多新的方法。针对近天然结构的筛选问题,目前主要采用三种解决策略:结合位点信息的利用、相似结构的聚类和打分函数对结构的评价。本文围绕以上问题,就国内外研究进展和本研究小组的工作作详细的综述,并对进一步的研究方向进行了展望。     

Fc段受体结合蛋白(SPA-SPG)基因克隆表达及其在IgG纯化中的应用

利用生物信息学,遴选编码ＳＰＡ及ＳＰＧ蛋白的基因,进行密码子优化,将目的基因分割成互为重叠的小片段寡聚核苷酸链,采用一步升温后T4 DNA连接酶连接的方法,合成了编码ＳＰＡ及ＳＰＧ蛋白的融合基因.将其克隆到pSK质粒进行扩增, 经测序、修正后再克隆到表达载体,高效表达了带His6的融合蛋白——蛋白ＡＧ.将蛋白ＡＧ共价结合到表面带羧基的磁粒上,形成蛋白ＡＧ磁粒复合物,用此复合物可在1 h内从大鼠、小鼠、人、猕猴、马、羊及猪等常用实验动物血清中纯化ＩｇＧ.     

引入显式水分子对接提高蛋白质配体复合物结构的预测精度

在蛋白质复合物界面一般都会存在着一定量的水分子,这些水分子通过空间占据和氢键方式影响蛋白质与配体的位置关系。应用现有的计算机方法研究蛋白质-配体对接时,一般不会显式地考虑水分子的作用。本文显式地将水分子引入蛋白质-配体对接过程,考虑水分子空间占据和氢键能量对复合物对接结构的影响,提出了一种包含水分子的蛋白质-配体对接算法。实验结果表明引入水分子使蛋白质-配体对接质量有明显提高。     

应用死端排除法考虑分子对接中的侧链柔性

假设分子对接面的紧密堆积类似于蛋白质内部的紧密堆积,因此用于蛋白质内部的侧链构象预测方法,如死端排除法,可应用于分子对接面内的侧链构象预测。应用９个晶体结构对这一假设进行检验。结果表明假设基本正确。对２个蛋白酶和抑制剂的应用比较成功。９个配体中的７个有正确的均方根差的趋势。还发现受体结构的柔性较小,说明由于对接面的紧密堆积产生的侧链构象变化很小。根据这些结果,提出一个新的分子对接流程图,即在刚体对     

基于pose共享的蛋白质-配体构象并行搜索算法

RosettaLigand使用多次启动对接协议的方式对蛋白质-配体复合物构象空间进行采样,在串行或并行的构象搜索实例之间并不共享采样信息。因此并行对接与串行对接相比仅仅是增加了对接的速度,并不能改善对接的性能。我们对Rosetta 3.4版中的RosettaLigand算法进行了修改,在并行的对接实例之间共享采样信息,以实现多个对接实例协同优化采样进程。在一个包含11个目标的测试集合上进行的测试表明,共享采样信息在大多数对接实验中显著地提高了近天然构象在候选结构集合中的比例,同时还降低了整个候选结构集合的平均能量。     

潜活形式的转化生长因子β的结构功能

ＴＧＦβ是一类多功能的细胞增殖调控因子,具有广泛的临床应用前景。天然情况下分泌及重组表达出来的ＴＧＦβ都以无活性的潜活复合物的形式存在,ＴＧＦβ潜活复合物的活化是控制ＴＧＦβ生物功能的重要方式。文章旨在对天然、重组形式的ＴＧＦβ潜活复合物的分子结构及其生理条件下可能的活化机理作一综述。     

天花粉蛋白的定点聚乙二醇修饰

用一种定点修饰天花粉蛋白（ｔｒｉｃｈｏｓａｎｔｈｉｎ,ＴＣＳ）的方法,将聚乙二醇（ＰＥＧ）偶联到预先选定的位点．利用ｎＴＣＳ无半胱氨酸（Ｃｙｓ）残基这一特点,通过定点突变将一个Ｃｙｓ残基引入ＴＣＳ以取代第７位的丝氨酸（Ｓｅｒ）残基．然后,与巯基反应的ＰＥＧ－ｍ ａｌｅｉｍ ｉｄｅ 即可偶联到新引入的Ｃｙｓ 残基上．经纯化得到均一的ＰＥＧ－ＴＣＳ复合物,在ＳＤＳ－ＰＡＧＥ上显示一条区带,表观分子量为３８ ｋＤ．复合物的体外致核糖体失活活性降低了６倍,但其体内引产活性与ｎＴＣＳ相同．定点ＰＥＧ修饰方法为改造ＴＣＳ提供了新途径．     

侧链能量在蛋白质对接优化中的应用

一般的蛋白质对接程序能够提供大量的待选构象,但其中仅含有少量的正确构象。现在对接的主要工作在于如何从这些大量构象中挑出正确构象。我们先前的研究工作证明蛋白质界面比非界面表面具有更高的能量。在这里,我们使用由chen等人提出的一个用于检验、设计对接程序的蛋白质复合物标准库中的非抗原-抗体复合物,将侧链能量运用到对接中,并比较了侧链能量和残基配对倾向性、残基组成倾向性、残基保守性在对接中的表现。单独使用这四项的正确构象的平均百排分位排序分别为：38．6±19．6、26．3±20．8、22．7±16．6和37．8±26．1,但是对于个别蛋白,侧链能量的表现要优于其它的三个参数。我们将四个参数综合起来考虑,发展了一个新的打分函数,平均百排分位排序为22．2±7．8,并且提高了筛选效率。     

利用回归模型筛选出近天然的抗原-抗体对接模拟结构

在抗原-抗体分子对接模拟所生成的大量计算生成构象中筛选出近天然结构,即接近真实情况的抗原-抗体结合模式。借鉴QSAR原理,定义抗原-抗体接触面描述符并利用Discovery Studio 4.5软件平台计算出各对接模拟构象的接触面描述符和能量参数。构造训练集数据进行回归分析,建立预测对接模拟构象是否是近天然结构的数学模型。通过测试集和实际应用情况检验该数学模型。通过回归分析所建立的数学模型能够在成百上千的抗原-抗体对接模拟构象中有效筛选出其中的近天然结构,在测试集验证和4G7抗体结合模式预测应用中具有良好的表现,验证了该数学模型的有效性和实用性。经验性的抗原-抗体接触面特征如氢键密度、氨基酸对偏好性指数等以及能量参数能够共同有效表征近天然结构,所建立的数学模型有效增强了通过分子对接预测抗原-抗体结合模式的可行性。     

基于高分辨质谱及分子对接技术研究适配体与倍氯米松的相互作用

倍氯米松(beclomethasone)是一种有效的糖皮质激素,而倍氯米松适配体是对倍氯米松具有亲和力与特异性的单链DNA分子。目前对两者的相互作用仍不清楚,研究适配体与药物的相互作用对适配体的应用具有一定的意义。本研究采用高分辨傅里叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-MS）及分子对接软件计算模拟研究适配体与倍氯米松的相互作用。首先,在优化的高分辨质谱条件下,通过电喷雾离子源负离子扫描模式对适配体与倍氯米松复合物进行检测。测得复合物多为-8价离子。在饱和前,适配体与倍氯米松化学结合计量数之比为1∶1,其解离常数Kd值为1.01±0.23 μmol/L。经分子对接软件模拟,获得适配体与倍氯米松的化学结合计量数之比为1∶1,两者结合自由能为-24 kcal/mol,主要以氢键作用力相结合。最后,使用超微量紫外检测两者结合前后的吸收波长变化以验证两者的结合,并获得适配体与倍氯米松复合物的解离常数Kd值为1.67 ± 0.35 μmol/L,其结果与高分辨FT-MS结果相近。高分辨FT-MS检测与分子对接模拟不仅提供了适配体与倍氯米松的亲和力,也提供了两者的化学结合计量数之比等其它相互作用信息,对深化适配体的应用具有一定的意义。     

hIL-6·hIL-6Rα·gp130三元复合物的结构预测

通过Ｄｅｌｐｈｉ方法分析人白介素６（ｈｕｍａｎ ｉｎｔｅｒｌｅｕｋｉｎ－６,ｈＩＬ－６）／人白介素６受体α亚基（ｈｕｍａｎ ｉｎｔｅｒｌｅｕｋｉｎ－６ ｒｅｃｅｐｔｏｒ α ｓｕｂｕｎｉｔ,ｈＩＬ－６Ｒα）复合物、ｇｐ１３０（βｓｕｂｕｎｉｔ）的空间构象的表现静电分布,利用分子对接方法研究ｇｐ１３０和ｈＩＬ－６／ｈＩＬ－６Ｒα复合物作用成三元复合物的空间构象,经过分子力学优化、分子动力学常温动态模     

葛胺酮-大豆卵磷脂复合物的制备、表征及体内药代动力学研究

目的:制备葛胺酮(G20)-大豆卵磷脂复合物,提高G20的口服生物利用度。方法:以复合率为评价指标,采用单因素设计和正交试验优化复合物的制备方案,采用X线衍射分析该复合物的物理性质;SD大鼠分别灌胃给予G20及其卵磷脂复合物,RP-HPLC测定G20血药浓度,用药代动力学软件Winnonlin 5.2计算药动学参数。结果:复合物制备最佳条件为G20与卵磷脂的投料摩尔比为1∶1.5、乙醇量40 mL、反应温度50℃、反应时间2h,复合率为100%。在G20-卵磷脂复合物的X线衍射图中,不存在任何G20特征结晶衍射峰。与G20相比,其G20-卵磷脂复合物的口服生物利用度提高了160%。结论:采用磷脂复合物技术可以显著提高G20的口服生物利用度。     

小分子有机化合物与DC-SIGN相互作用的荧光光谱分析

采用实验和理论化学研究相结合的方法研究分子间相互作用,这种在计算机上进行“模拟实验”与传统“有机化学实验”相辅相成的研究策略,正在成为有机化学研究的重要手段.本论文利用荧光光谱分析法来研究小分子有机化合物与蛋白底物之间的相互作用机制.利用先进的分子模拟软件,结合分子力学、量子力学和神经网络等方法与分子对接等理论化学手段,建立和优化相互作用的分子间形成复合物的空间构象,并且预测分子间相互作用的稳定性.用荧光光谱分析法对12种小分子有机化合物与DC-SIGN(DC-specific ICAM-3 grabbing nonintegrin)之间的相互作用进行了研究,结果与理论分子模型计算十分吻合.在这12种化合物中,1-脲基氨基甘露糖与DC-SIGN络合的效果最好.这一发现可能对研究新一代抗艾滋病药物有重要意义.