Molecular dynamics reveal a novel kinase-substrate interface that regulates protein translation

A key control point in gene expression is the initiation of protein translation, with a universal stress response being constituted by in- hibitory phosphoryiation of the eukaryotic initiation factor 2α （el F2oL）. In humans, four kinases sense diverse physiological stresses to regulate elF2α to control cell differentiation, adaptation, and survival. Here we develop a computational molecular model of elF2α and one of its kinases, the protein kinase R, to simulate the dynamics of their interaction. Predictions generated by coarse-grained dynamics simulations suggest a novel mode of action. Experimentation substantiates these predictions, identifying a previously unrecognized interface in the protein complex, which is constituted by dynamic residues in both elF2α and its kinases that are crucial to regulate protein translation. These findings call for a reinterpretation of the current mechanism of action of the el F2α kinases and demonstrate the value of conducting computational analysis to evaluate protein function.     

驱动蛋白结构与运动机制

驱动蛋白是一类能够利用ATP水解释放的化学能驱动其所携带的“货物”分子沿着微管（microtubule,MT）定向运动的分子马达,在细胞器运输、有丝分裂、轴突运输等方面有着重要的生理作用。随着驱动蛋白结合ADP、ATP和未结合核苷酸（APO）三种特征状态的晶体结构的解析,驱动蛋白构象变化的研究得到了进一步发展,而在力产生机制和运动模型方面仍然存在较大争议。本文以kinesin-1家族为例,分析了驱动蛋白三种特征状态结构的特点、状态结构间的构象转变,论述了驱动蛋白的力产生机制和整个迈步过程。并探讨了驱动蛋白的运动模型,同时采用分子动力学模拟比较了驱动蛋白的两种迈步方式,为深入研究驱动蛋白提供了一定的理论计算。最后,基于本课题组对复杂体系的研究,对驱动蛋白体系的控制机制提出了新的假设,并对未来的研究方向进行了展望。     

Val55点突变对鸡胱抑素I66Q结构稳定性影响的分子动力学研究

Val55是鸡胱抑素(Chicken cystatin,cC)铰链环状区的重要位点.本文采用分子动力学模拟的方法研究了V55位点突变对cC典型的淀粉样突变体I66Q结构稳定性的影响情况,并深入探讨了其分子机制.研究表明V55N和V55D对I66Q突变体都有稳定其结构的作用,但V55N的稳定作用更显著.进一步研究发现V55N和V55D对I66Q的这种稳定作用是由于突变后的55位残基与邻近残基形成了较多稳定的氢键,从而增加了自身位点及Loop1、β2 - β3的稳定性,并进一步稳定了I66Q的α-螺旋和疏水核心结构.这可能最终阻碍胱抑素淀粉样突变体I66Q结构域交换的发生.     

TCR-CD3复合物跨膜区自组装的分子机制

目的 T细胞受体-共受体复合物（TCR-CD3）在适应性免疫应答中起着重要作用,其亚基间的相互作用一直是研究热点。由于传统实验的局限性,对于跨膜蛋白TCR-CD3复合物的研究不能深入到微观层面。方法 利用分子动力学模拟方法（包括粗粒化模拟、拉伸动力学、全原子模拟）分析TCR-CD3复合物的自组装机制。结果 通过粗粒化模拟（CGMD）发现,TCR-CD3复合物在组装过程中存在着αβ依次结合δε’、γε、ζζ’的组装顺序,并阐述了α^R253突变会降低α^K258与δε’的相互作用。结论 本文论证了仅存在TCR-CD3复合物的跨膜区不足以介导TCR-CD3复合物亚基间的特异性相互作用。拉伸动力学（SMD）和全原子模拟（AAMD）的结果说明,ζζ’与TCR-CD3其余部分之间的胞外区相互作用强于跨膜区,同时ζζ’的缺失对αβδε’γε的稳定性影响最小,而δε’的缺失对αβγεζζ’的稳定性影响最大。