Bcl-2家族中蛋白与蛋白结合机制的相互作用熵方法研究及蛋白质折叠

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超大型B细胞淋巴瘤蛋白(B-cell lymphoma-extra large,简称Bcl-x L)和B细胞淋巴瘤/白血病-2蛋白(B-cell lymphoma/leukemia-2,简称Bcl-2)是Bcl-2蛋白家族中发挥抗凋亡作用的成员,它们在调节细胞周期中起着重要作用。然而,Bcl-x L/Bcl-2与其拮抗剂,包括Bcl-2相关死亡启动子蛋白(Bcl-x L/Bcl-2 associated death promoter homolog,简称Bad)和Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2 associated X protein,简称Bax)的结合机制尚不清楚。本研究采用最新发展的相互作用熵(interaction entropy,简称IE)方法计算熵贡献,并用丙氨酸扫描(alanine scanning,简称AS)手段确定了Bcl-x L/Bcl-2和Bad/Bax蛋白相互作用的热点。从计算得到的四个体系的结合自由能及其排序来看,其与实验结果吻合较好。对计算结果的分析表明,Bcl-x L/Bad复合物中的热点残基比Bcl-x L/Bax复合物中的热点残基多,从而使得前者具有了更强的结合亲和力。有趣的是,相比Bcl-x L体系中出现的这种情况,造成Bcl-2与Bad的亲和力比与Bax的亲和力强的原因却完全不同。尽管Bcl-2/Bax体系有着比Bcl-2/Bad复合物更多数量的热点残基,但与此同时在Bcl-2/Bax中也存在更多的不利残基。这在一定程度上削弱了热点残基对复合物的结合的贡献,最终使得Bcl-2/Bax的结合亲和力弱于Bcl-2/Bad体系。我们的研究确定了Arg104、Tyr105、Leu116和Leu134是有关Bcl-x L蛋白的体系中的共同关键残基,Arg107、Tyr108、Phe112、Gln118、Leu137、Arg146和Tyr202是Bcl-2复合物中均有的关键残基。这些结果为设计有效的Bcl-x L/Bcl-2抑制剂提供了有价值的信息。此外,蛋白质折叠是生物物理学的基础,对生物体的生命活动至关重要。蛋白质折叠过程及其动力学信息在蛋白质折叠领域具有重要意义,有关蛋白质折叠路径的研究已引起人们的广泛关注。本文从蛋白质的线性结构出发,分别用经典分子动力学(molecular dynamics,简称MD)和一种加速模拟的方法(selfguided Langevin dynamics,简称SGLD)对四个蛋白质体系(编码分别为1HOD,2AJJ,2DX3,2RLG)进行了折叠模拟,并研究了它们的折叠机制。SGLD可以增加蛋白质的低频运动,这与蛋白质的折叠过程密切有关。与MD方法相比,SGLD方法在回转半径、均方根偏差、聚类分析、天然接触、螺旋含量、蛋白质折叠过程和自由能地貌等方面都有明显的改善。对所选取的蛋白质体系的研究结果表明,使用SGLD均可以成功地实现在95 ns内将线状结构态折叠成相应的本征结构。此外,多轨迹的结果再次支持了上述结论。然而,同一模拟时间内,经典的MD并不能在最终显示出有任何稳定的螺旋形成。本文最终用SGLD方法阐明了这些蛋白质的详细折叠途径和机制。
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