天然無規(guī)蛋白分子力場(chǎng)的開發(fā)及應(yīng)用.pdf

1、近年來，隨著信息時(shí)代的發(fā)展和計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的迅速提升，分子動(dòng)力學(xué)模擬已在研究生物大分子的結(jié)構(gòu)功能關(guān)系、探索疾病發(fā)生發(fā)展機(jī)制、尋找新的藥物靶點(diǎn)和藥物設(shè)計(jì)與開發(fā)等多個(gè)方向上為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)提供日益重要的支持。作為分子動(dòng)力學(xué)模擬的基石，分子力場(chǎng)是模擬準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。分子力場(chǎng)的不斷優(yōu)化，也是為了不斷提高其準(zhǔn)確性和適用性。
　　天然無規(guī)蛋白是一類在生理?xiàng)l件下缺乏特定的高級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白。這類蛋白結(jié)構(gòu)的高可變性使得其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及功能與結(jié)構(gòu)化的蛋白非常不同

2、，在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中起核心作用，并與許多疾病相關(guān)。因此，對(duì)天然無規(guī)蛋白結(jié)構(gòu)功能的研究就顯得非常必要和迫切。然而，現(xiàn)有的分子力場(chǎng)并不適用于天然無規(guī)蛋白。本文通過在現(xiàn)有力場(chǎng)ff99SBildn的二面角能量項(xiàng)上對(duì)八種無規(guī)傾向性氨基酸加入優(yōu)化的CMAP能量修正項(xiàng)，獲得新的針對(duì)天然無規(guī)蛋白的ff99IDPs力場(chǎng)。對(duì)麻疹病毒核蛋白（MeV NTAIL）、p53蛋白轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域（p53 TAD）、I型人免疫缺陷病毒Rev蛋白（HIVRev）、天冬

3、氨酸蛋白酶抑制蛋白 IA3（IA3）和α-突觸核蛋白（αSyn）等天然無規(guī)蛋白的模擬測(cè)試表明，ff99IDPs對(duì)天然無規(guī)蛋白的模擬表現(xiàn)顯著優(yōu)于ff99SBildn，可以得到更加無規(guī)的構(gòu)象，且預(yù)測(cè)得到的熱力學(xué)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加接近。同時(shí)，對(duì)結(jié)合態(tài)的MeV NTAIL、HIVRev、蛋白溶菌酶（lysozyme）和泛素蛋白（ubiquitin）的模擬測(cè)試顯示，ff99IDPs同樣適用于模擬結(jié)構(gòu)化的蛋白。盡管如此，ff99IDPs在測(cè)試蛋白中

4、的某些區(qū)域仍表現(xiàn)出過于結(jié)構(gòu)化的特征。這些區(qū)域的靜電和氫鍵相互作用較為穩(wěn)定，提示進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化的重點(diǎn)需要放在電荷-電荷相互作用上。本文在可極化力場(chǎng) ff02.pol.r1的基礎(chǔ)上同樣優(yōu)化 CMAP能量項(xiàng)參數(shù)，得到表現(xiàn)顯著優(yōu)于原力場(chǎng)的極化力場(chǎng)ff02IDPs.pol.alpha。進(jìn)一步的改進(jìn)和優(yōu)化正在極化力場(chǎng)中的極化率和電荷參數(shù)上進(jìn)行。
　　ERG蛋白屬于ETS結(jié)構(gòu)域蛋白家族成員，是重要的轉(zhuǎn)錄因子，與多種疾病相關(guān)。ERG蛋白與配體D

5、NA的結(jié)合展現(xiàn)出別構(gòu)自抑制效應(yīng)。晶體結(jié)構(gòu)表明ERG蛋白內(nèi)存在較多的天然無規(guī)區(qū)域，因此本文將ff99IDPs力場(chǎng)應(yīng)用于ERG蛋白，進(jìn)行了多體系多軌跡的模擬和相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建分析，發(fā)現(xiàn)自抑制和非抑制狀態(tài)的ERG蛋白雖然結(jié)構(gòu)相似，但相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)存在很大差別，這種差別是由N端抑制結(jié)構(gòu)域（NID）和C端抑制結(jié)構(gòu)域（CID）之間的相互作用誘導(dǎo)的。由此，本文提出“NID-CID結(jié)合誘導(dǎo)的別構(gòu)自抑制”這一假說，來解釋自抑制現(xiàn)象，并得到相應(yīng)的別構(gòu)通路。同時(shí)，