蛋白-RNA组合打分函数及界面阳离子-pi相互作用的研究

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蛋白质-RNA相互作用是生物体内一类非常重要的作用,其对于基因表达调控、蛋白质功能的实现等都有着不可忽视的影响。在目前实验手段解析蛋白质-RNA晶体结构相对低效而困难的情况下,分子对接技术成为蛋白质-RNA相互作用研究的一种重要手段。分子对接技术的发展对于复合物结构预测、新型药物研发,以及分子作用机制的研究都有着十分重大的意义。虽然蛋白质分子间的分子对接技术已经有了相当多的研究,蛋白质-RNA体系下的分子对接问题依然未能得到很好的解决。解决这一问题的关键之一是要构建一个有效的打分函数,能够很好的区分近天然结构和错误构象,从而从构象搜索阶段找到的大量结合模式中找出其中的近天然结构。遗憾的是,目前在蛋白质-RNA体系仍未有一个这样的高效打分函数。  阳离子-pi相互作用是近些年新发现的一种阳离子与芳香环间形成的非键相互作用,它广泛的存在于化学和生物学体系中。化学体系中的理论计算表明阳离子-pi相互作用的能量强度与H键相当。而在生物学体系中,此前的研究已经证明阳离子-pi作用在蛋白质的功能和结构稳定性、蛋白质-DNA结合、分子识别、药物-靶标结合等方面发挥着重要作用。而截至目前为止,对于蛋白质-RNA体系下的阳离子-pi相互作用研究仍然非常匮乏。对于蛋白质-RNA界面阳离子-pi作用的研究,一方面可以丰富非键相互作用理论,加深我们对这种相互作用的了解,另一方面有利于对蛋白质-RNA特异性识别机理的研究,将来有可能为新型药物的设计提供新的思路。  本论文中包含两部分工作:  (1)蛋白质-RNA打分函数的研究  为了构建一个能有效筛选出近天然结构的打分函数,以提高分子对接技术预测蛋白质-RNA复合物结构的能力,我们在此前本小组提出的统计成对偏好势的基础上,构建了一个新的组合打分函数,综合考虑了统计成对偏好势、静电相互作用和范德华相互作用。各打分项的权重通过线性拟合方法确定。随后我们对17个蛋白质-RNA体系进行了unbound对接以测试组合打分函数的筛选能力。测试结果表明,组合打分函数的筛选能力优于仅考虑统计成对偏好势时的筛选能力。  (2)蛋白质-RNA界面上的阳离子-pi相互作用研究  我们用高斯软件研究了四种RNA碱基周围不同位置形成阳离子pi相互作用的趋势,并系统的统计分析了144个蛋白质-RNA复合物中的282个非冗余蛋白质-RNA界面上的阳离子-pi作用情况,统计了不同氨基酸-RNA碱基组合之间形成阳离子-pi相互作用的数量、所形成阳离子-pi作用的平均结合能,研究了蛋白质、RNA序列和RNA二级结构对于形成阳离子-pi相互作用的影响。
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