分子對(duì)接方法應(yīng)用于蛋白質(zhì)-多肽-蛋白質(zhì)三體體系研究.pdf

1、分子對(duì)接方法目前已經(jīng)成為研究分子間作用關(guān)系的重要方法，蛋白質(zhì)-配體小分子對(duì)接方法經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)際研究中，近年來蛋白質(zhì)．蛋白質(zhì)對(duì)接的方法也取得了一定的突破<'[1]>。 目前學(xué)者除了對(duì)大分子與小分子化合物的對(duì)接方法進(jìn)行了深入研究之外，已將分子對(duì)接方法發(fā)展到了蛋白質(zhì)與多肽、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)體系中，但目前大多數(shù)對(duì)分子對(duì)接的應(yīng)用還主要集中于兩分子間的對(duì)接(一個(gè)受體、一個(gè)配體)。然而在真實(shí)的生命活動(dòng)中，蛋白質(zhì)的生物功能幾乎

2、都是在多個(gè)蛋白、多肽分子共存的體系中發(fā)揮作用的，目前流行的分子對(duì)接方法還沒有是專門設(shè)計(jì)用來研究三體或多體蛋白質(zhì)體系同時(shí)對(duì)接的。由于研究三體間相互作用，將會(huì)極大地增加搜索空間，甚至無法找到全局最優(yōu)，因此必須研究適當(dāng)?shù)牟呗?，通過增加適當(dāng)限制條件和輔助手段，用已有對(duì)接程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)三體體系的準(zhǔn)確計(jì)算。 本文第一部分工作主要考查了蛋白質(zhì)一多肽．蛋白質(zhì)三體體系的特點(diǎn)，提出了基于兩體對(duì)接方法，采取新的策略，從而適用于三體體系同時(shí)對(duì)接的新思路，

3、并最終成功地實(shí)現(xiàn)了綠豆胰蛋白酶抑制劑(MBTI)與其兩種受體蛋白酶體系的重新構(gòu)造。本文對(duì)三體體系的研究工作的主體思想是“分而治之”(divide-and-conquer)，也就是將三體體系分成幾個(gè)兩兩間有相互作用的二體體系，之后采用“屏蔽”和“分割”兩種策略，將已有天然晶體復(fù)合物結(jié)構(gòu)的MBTI與兩個(gè)革登熱病毒蛋白酶Ns3組成的體系成功地重新構(gòu)造出來。這兩種策略的提出都是為避免三體對(duì)接計(jì)算中無法找到全局最優(yōu)而增加的限制和輔助。

4、屏蔽策略就是針對(duì)綠豆胰蛋白酶抑制劑的雙活性位點(diǎn)的特殊結(jié)構(gòu)，將它一端的一個(gè)活性位點(diǎn)先用一個(gè)受體蛋白通過對(duì)接與之預(yù)對(duì)接，即先將一個(gè)活性位點(diǎn)屏蔽掉，之后將另一個(gè)受體蛋白對(duì)接到MBTI第二的活性位點(diǎn)形成了三體體系的雛形，最后，將第一個(gè)受體蛋白從體系中去掉之后，再以分子對(duì)接方法重新將其加到體系中來，這樣通過對(duì)接方法完成了對(duì)已知三體體系的重造。 分割策略就是依據(jù)已解析出來的綠豆胰蛋白酶抑制劑的兩個(gè)活性片斷長(zhǎng)鏈晶體結(jié)構(gòu)，將兩條多肽長(zhǎng)鏈(21

5、肽Lys活性片斷和25肽Arg片斷)分別與兩個(gè)受體蛋白進(jìn)行對(duì)接。然后，再依據(jù)兩個(gè)片斷與受體對(duì)接正確的相對(duì)位置，通過旋轉(zhuǎn)位移方法將體系中其他的殘基、原子重新接合到體系當(dāng)中，得出準(zhǔn)確和可信的對(duì)接三體復(fù)合物構(gòu)象。依據(jù)這種策略，結(jié)果中的三體體系構(gòu)象是否準(zhǔn)確的關(guān)鍵在于：兩個(gè)多肽長(zhǎng)鏈與受體蛋白對(duì)接結(jié)果的準(zhǔn)確性。我們課題組所發(fā)展出來的FPSODock和改進(jìn)AutoDock兩種對(duì)接方法，對(duì)于這種多肽-蛋白質(zhì)體系對(duì)接已經(jīng)驗(yàn)證是具有非常高的準(zhǔn)確率。這樣就保

6、證了對(duì)于三體體系對(duì)接結(jié)果的正確性。 本文的第二部分主要基于對(duì)于前體蛋白加工酶furin特性和生物功能的研究，并成功地將綠豆胰蛋白酶抑制劑(MBTI)設(shè)計(jì)和改造為furin抑制劑。目前發(fā)現(xiàn)，許多有生物活性的蛋白質(zhì)與多肽是由它們的前體通過前體蛋白加工酶的加工水解而獲得最終活性的。furin作為第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)和研究最為深入的哺乳動(dòng)物前體加工酶廣泛存在于體內(nèi)，與許多相關(guān)疾病和病原體感染有密切關(guān)系。furin的抑制劑有兩類：短肽類抑制劑和

7、蛋白質(zhì)類抑制劑。屬于絲氨酸蛋白酶抑制劑Bowman-Birk家族的綠豆胰蛋白酶抑制劑，由于其第一個(gè)活性中心的Lys20及Arg47符合前體蛋白加工酶底物的基本要求，具有可能改造為。furin抑制劑的潛能。而本文所設(shè)計(jì)的furin抑制劑也是從多肽和蛋白質(zhì)類這兩個(gè)方面來進(jìn)行： 首先，本文以PDB(Protein Data Bank，PDB)數(shù)據(jù)庫已發(fā)表的MBTI的Lys活性多肽長(zhǎng)鏈晶體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，采用定點(diǎn)突變的方法得到一系列多肽序

8、列，并通過同源建模得到了這一系列furin短肽類抑制的三維結(jié)構(gòu)。將這些短肽抑制劑與furin蛋白進(jìn)行對(duì)接的結(jié)果加以分析，發(fā)現(xiàn)在抑制劑與furin發(fā)生作用時(shí)，帶正電的堿性殘基側(cè)鏈能否深入到furin三個(gè)活性殘基(Ser368-His194-Asp153)所組成的孔穴，是決定抑制劑能否發(fā)揮抑制作用的關(guān)鍵因素。之后對(duì)各條抑制劑對(duì)furin的抑制常數(shù)Ki的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有力地支持了本文所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律。 其次，本文將第一部分獲得的分子對(duì)接