科研快讯

《PLoS综合》:视黄醇类物质转运蛋白结合机制差异研究获进展近日,中科院昆明动物研究所黄京飞课题组张玉茹博士和赵玉琦博士运用生物信息学和分子动力学模拟的方法,详尽解释了这种生     

用分子模拟方法研究HIV-1整合酶突变体的耐药性机理

二酮酸类化合物(DKAs)是目前最有前景的HIV-1整合酶(integrase, IN)抑制剂．为了解DKAs引起的多种耐药株共有的耐药性机理,选择3种S-1360引起的IN耐药突变体,用分子对接和分子动力学模拟,研究了野生型和突变型IN与S-1360的结合模式,基于该结合模式探讨了3种耐药突变体所共有的耐药性机理．结果表明：在突变体中,S-1360结合到耐药突变IN核心区中的位置靠近功能loop 3区却远离与 DNA结合的关键残基,结合位置不同导致S-1360的抑制作用部分丧失;残基138到166区域的柔性对IN发挥生物学功能很重要,S-1360能与DNA结合的关键残基N155及K159形成氢键,这2个氢键作用降低了该区域的柔性,突变体中无类似氢键,因而该区域柔性增高;在突变体中,S-1360的苯环远离病毒DNA结合区,不能阻止病毒DNA末端暴露给宿主DNA;T66I突变导致残基Ⅰ的长侧链占据IN的活性口袋,阻止抑制剂以与野生型中相同的方式结合到活性中心,这均是产生抗药性的重要原因．这些模拟结果与实验结果吻合,可为抗IN的抑制剂设计和改造提供帮助．     

拉伸刺激下MGF在成骨细胞中的表达及亚细胞定位分析

力生长因子（mechano-growth factor,MGF）是在成肌细胞中发现的一种对拉伸刺激敏感的生长因子,该生长因子也可能在其他的力效应细胞中由力学刺激产生.通过设计细胞拉伸装置,对成骨细胞施加不同时段的周期性动态拉伸刺激.定量分析mRNA和蛋白质表达显示,周期性拉伸刺激下成骨细胞中的MGF mRNA和蛋白质水平快速提高,mRNA的水平在加载6h达到最高峰,与静态对照组相比提高5倍,而MGF的蛋白表达需要加载12h达到最高,与对照相比提高了5.2倍,随后二者分别降低,在24h达到本底水平.荧光免疫细胞化学技术检验MGF在细胞中的分布发现,MGF具有核分布的特点.因此得出结论,周期性拉伸刺激能刺激成骨细胞快速表达,MGF核分布的特点暗示MGF可能是一种自分泌作用因子.     

分子伴侣HdeA与底物蛋白SurA作用机制的模拟研究

分子伴侣HdeA与底物蛋白间的相互作用可帮助底物蛋白复性,这是肠道致病菌得以在酸性环境中幸存的重要原因之一.为探究HdeA发挥伴侣活性的作用机制,本研究采用分子对接和分子动力学的方法,模拟了HdeA与底物蛋白SurA间的相互作用,计算了二者的结合自由能.通过分析HdeA-SurA复合物体系的作用模式、氢键作用以及能量分解的结果,确定了HdeA与底物蛋白SurA结合时发挥重要作用的关键氨基酸残基.该研究结果为以后采用实验手段探究HdeA与底物蛋白之间的作用提供了重要的理论参考,同时为今后设计与开发HdeA的抑制剂提供了理论指导依据.     

纤维二糖水解酶Ⅰ吸附结构域的新功能

从拟康氏木霉S-38中分离纯化得到的外切酶Ⅰ（CBHI）,经过木爪蛋白质酶的有限酶解后通过一系列的柱层析分离获得其吸附结构域（CBM）．利用CBM与纤维素在40％下作用24h后,利用红外光谱测定纤维素结构的变化,发现纤维素的氢键作用减弱,利用分子动力学模拟进一步确认实验的结果,并从纳米尺度上阐明了在CBM分子吸附作用于纤维素表面的过程中纤维素链间的氢键作用明显降低．本研究表明CBM分子不仅具有使CBHI分子定位于纤维素表面的作用,还会在吸附过程中导致纤维表面结构的破坏．本研究为CBHI分子催化结构域与吸附结构域分子间的协同模型提供了一重要证据．     

Bromodomains识别并结合配体的机理研究

关于酵母重组蛋白内的Bromodomain识别乙酰化赖氨酸的研究近年来受到广泛的关注,但是其识别配体并与之相紧密结合的机理有待进一步的研究。本文采用2015年开发的结合位点拓扑学方法(FCTM)和分子动力学模拟的方式对Bromodomains识别并结合配体的机理进行了充分研究,其中分子动力学模拟时间达24 ns。通过FCTM方法发现结合位点的几何结构具有高度的凹性,且其alphaspace达到了131。分子动力学模拟的结果显示:在模拟的过程中结合位点表面的脯氨酸(Pro66)始终对配体保持着强的分子间相互作用,同时pocket内的水分子分布对配体的氢键网络也一直存在影响。以上结果表明Bromodomains识别并结合配体有两个重要因素:蛋白结构域自身的几何结构和配体受到来自于结合位点表面的氨基酸分子相互作用和pocket内水分子的氢键网络作用。     

DnaK蛋白扭链残基突变体影响其ATPase活性的分子动力学模拟研究

大肠杆菌分子伴侣蛋白Dna K氮端核苷酸结合域(NBD,nucleotide-binding domain)的II-A和II-B子域之间的一些高度保守的扭链残基突变后(I202A,S203A,G223A,L227A,G228A),其ATPase活性也发生变化原因不清楚。我们通过同源建模的方法构建NBD与小分子ATP相互作用的各蛋白模型,使用分子动力学模拟方法研各模型的结构变化并尝试找出其与ATPase活性变化的关系。结果表明,除L227A外,所有突变模型T11烃基与ATP-γ磷酸基团间的距离与活性变化间具有明显规律;但是所有模型中,能影响与Dna J结合,从而影响ATPase活性的β220(214-221)部分的紧致性变化符合规律,进一步的蛋白对接实验证实了这一点,所以这些扭链残基突变体可能主要是通过这两个部分的变化,引起ATPase活性的改变。     

Hsp70核苷酸结合域突变体影响酶活的分子动力学模拟研究

分子伴侣蛋白Hsp70氮端核苷酸结合域（NBD, nucleotide-binding domain）的ATP酶活性变化对其行使分子伴侣功能具有重要作用。本文采用分子动力学模拟方法研究酵母分子伴侣Hsp70氮端NBD内残基A17,R23,G32和R167点突变对其ATP酶活性区域构象影响及功能关系。结果表明,突变体A17V,T23H,G32S的ATP结合口袋袋口的loopl（第一个转角,连接p1与p2）结构柔性增强,活性残基T11侧链明显向内移动,从而更加接近ATP的γ-磷酸基团,更容易使ATP水解。这可能蕞终导致ATP酶活性增强,从而引起分子伴侣功能的变化。     

枯草杆菌蛋白耐热性改造区域的识别

热稳定性相关区域的识别是蛋白耐热性改造的关键问题之一。本文以枯草杆菌蛋白（SUBTILISIN BPN）为研究对象,通过枯草杆菌蛋白同源家族序列的统计耦联分析,提取枯草杆菌蛋白中的保守残基和强耦联残基,并运用分子动力学模拟方法,提取枯草杆菌蛋白表面候选突变残基,综合上述结果,提出了枯草杆菌蛋白表面耐热性改造关键区域的识别方法,并利用该方法确定了枯草杆菌蛋白表面的10个耐热性改造关键区域。将该结果与已有的耐热性突变实验资料进行了对比,发现其中的7个预测区域与实验结果吻合。结果验证了该方法可以较好地识别蛋白耐热性改造关键区域。     

ACSBAIA方法及其在烯丙胺类抗真菌药物设计中的应用

根据活性类似物活性基团在能量补偿许可范围内能够到达受体活性部位与各作用位点结合 ,而无 (低 )活性类似物的活性基团由于构象限制因素等不能与之结合的原理 ,建立一种新的搜寻药物分子的活性构象程序ACSBAIA .该程序包括 4个子系统 :构象抽样、活性构象限定、无活性构象排除、活性预测 .用此方法搜寻了烯丙胺类抗真菌药物的活性构象 ,并对 2个高活性和无活性的类似物进行了预测和检验 ,证明该方法较科学实用 .该方法的应用不受受体三维结构知识多少的限制 ,对目前绝大多数受体三维结构未知的情况尤其适用