糖原合成酶激酶-3β結構與功能的動力學模擬研究.pdf

1、糖原合成酶激酶(GSK-3β)是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，它廣泛的分布在真核細胞中。在哺乳動物中，它主要有α和β兩種同工型，分別有不同的基因編碼。在生物體內(nèi)，GSK-3β除了調(diào)節(jié)糖原合成酶(GS)的活性，還在多條信號通路中發(fā)揮作用，如Insulin/IGF1信號通路，Wnt/Shaggy信號通路，NGF信號通路，Estradiol信號通路，Reelin信號通路等。GSK-3β在生物體內(nèi)有40多種底物，這使得它成為治療糖尿病、中風、早老性癡

2、呆、躁郁癥、精神分裂癥、急性炎癥、腫瘤等多種疾病的藥物靶標。本文主要根據(jù)已有的實驗結論，用動力學模擬的方法討論了K85R突變對GSK-3β的影響，結構水在GSK-3β中的作用，Li+抑制GSK-3β的可能機理，以及結構金屬離子Mg2+的功能。
　　 1．對于GSK-3β，保守殘基Lys85是至關重要的，它可以影響到GSK-3β的活性。本章用動力學模擬的方法，對Lys85的重要性進行了研究。結果發(fā)現(xiàn)，當Lys85突變?yōu)锳rg時，A

3、rg無法像Lys85那樣與ATP形成兩個保守氫鍵；Lys85與Glu97之間的鹽橋被破壞；Phe93、Arg96和Glu211的構象發(fā)生了變化，這改變了GSK-3β底物結合口袋的構象，以至于抑制了GSK-3β的活性。MM-GBSA計算表明，突變K85R會降低GSK-ATP復合物的穩(wěn)定性，這進一步支持了結構分析所得出的結論。本章從分子水平上解釋了K85R突變使GSK-3β失活的原因，為更好的理解GSK-3β的生物作用提供了依據(jù)。
　

4、　 2．水分子在生物大分子體系中發(fā)揮著重要作用，它可以調(diào)節(jié)生物大分子體系的結構和生物功能。水分子的這種作用可以被用于藥物設計中。以往的研究表明，天然底物和人工設計的抑制劑都可以通過水分子與它們的作用靶標形成穩(wěn)定的相互作用，而且這種相互作用會因為水分子的存在而得到加強。對于GSK-3β而言，如果沒有結構水，ATP嘌呤環(huán)的結合位置將發(fā)生偏移以填補結構水留下的空間；ATP結合口袋中的氫鍵網(wǎng)絡將被破壞，保守殘基Lys85與ATP的磷酸根側(cè)鏈只

5、能形成一個保守氫鍵，無法維持磷酸轉(zhuǎn)移所需的線性關系；由于失去了氫鍵網(wǎng)絡的穩(wěn)定作用，Glu97和Lys85會向遠離ATP的方向移動，并導致Arg96的側(cè)鏈發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使Arg96無法保持與Arg180和Lys205之間正確的相對位置，最終影響GSK-3β與底物的結合。本章闡述了結構水的重要性，進一步表明在對生物大分子進行分子對接或分子動力學模擬時，對結晶水要謹慎處理。
　　 3.Li+是GSK-3的一種抑制劑，它與Mg2+競爭，可以

6、用于治療躁郁癥，但它的具體抑制機制尚不清楚。本章用動力學模擬的方法研究了Li+對GSK-3的影響，在Li+抑制機制方面作了初步的探討。發(fā)現(xiàn)當MgI被Li+取代時，磷酸轉(zhuǎn)移所需的ATP與底物之間的線性關系將被破壞。底物結合口袋的構象也會發(fā)生改變，進而影響底物的結合。據(jù)此推斷，Li+對GSK-3的抑制作用是其取代了MgI的結果。本章從分子層面闡述了Li+抑制GSK-3β的過程，對更全面的理解Li+的治療作用具有理論指導意義。
　　

7、4.Mg2+是GSK-3β的保守金屬離子，它在激酶催化磷酸轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮著重要作用。本章用動力學模擬方法揭示了Mg2+對GSK-3β的影響。Mg2+可以起到穩(wěn)定GSK-3β和ATP構象的作用。沒有Mg2+時，GSK-3β的穩(wěn)定性將顯著降低，ATP的構象也將發(fā)生改變；MgI在磷酸轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮著重要作用，而MgⅡ也不是可有可無的；沒有MgⅡ的協(xié)助，Lys183不足以保持ATP正確的構象；當兩個Mg2+都不存在時，ATP將形成分子內(nèi)氫鍵，并