天然無規(guī)蛋白分子力場的開發(fā)及應用.pdf

1、近年來，隨著信息時代的發(fā)展和計算機運算能力的迅速提升，分子動力學模擬已在研究生物大分子的結構功能關系、探索疾病發(fā)生發(fā)展機制、尋找新的藥物靶點和藥物設計與開發(fā)等多個方向上為傳統(tǒng)實驗提供日益重要的支持。作為分子動力學模擬的基石，分子力場是模擬準確性的關鍵。分子力場的不斷優(yōu)化，也是為了不斷提高其準確性和適用性。
　　天然無規(guī)蛋白是一類在生理條件下缺乏特定的高級結構的蛋白。這類蛋白結構的高可變性使得其結構特點以及功能與結構化的蛋白非常不同

2、，在細胞信號轉導通路中起核心作用，并與許多疾病相關。因此，對天然無規(guī)蛋白結構功能的研究就顯得非常必要和迫切。然而，現有的分子力場并不適用于天然無規(guī)蛋白。本文通過在現有力場ff99SBildn的二面角能量項上對八種無規(guī)傾向性氨基酸加入優(yōu)化的CMAP能量修正項，獲得新的針對天然無規(guī)蛋白的ff99IDPs力場。對麻疹病毒核蛋白（MeV NTAIL）、p53蛋白轉錄活化結構域（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)蛋白的模擬測試表明，ff99IDPs對天然無規(guī)蛋白的模擬表現顯著優(yōu)于ff99SBildn，可以得到更加無規(guī)的構象，且預測得到的熱力學數據與實驗數據更加接近。同時，對結合態(tài)的MeV NTAIL、HIVRev、蛋白溶菌酶（lysozyme）和泛素蛋白（ubiquitin）的模擬測試顯示，ff99IDPs同樣適用于模擬結構化的蛋白。盡管如此，ff99IDPs在測試蛋白中

4、的某些區(qū)域仍表現出過于結構化的特征。這些區(qū)域的靜電和氫鍵相互作用較為穩(wěn)定，提示進一步改進和優(yōu)化的重點需要放在電荷-電荷相互作用上。本文在可極化力場 ff02.pol.r1的基礎上同樣優(yōu)化 CMAP能量項參數，得到表現顯著優(yōu)于原力場的極化力場ff02IDPs.pol.alpha。進一步的改進和優(yōu)化正在極化力場中的極化率和電荷參數上進行。
　　ERG蛋白屬于ETS結構域蛋白家族成員，是重要的轉錄因子，與多種疾病相關。ERG蛋白與配體D

5、NA的結合展現出別構自抑制效應。晶體結構表明ERG蛋白內存在較多的天然無規(guī)區(qū)域，因此本文將ff99IDPs力場應用于ERG蛋白，進行了多體系多軌跡的模擬和相關性網絡構建分析，發(fā)現自抑制和非抑制狀態(tài)的ERG蛋白雖然結構相似，但相關性網絡存在很大差別，這種差別是由N端抑制結構域（NID）和C端抑制結構域（CID）之間的相互作用誘導的。由此，本文提出“NID-CID結合誘導的別構自抑制”這一假說，來解釋自抑制現象，并得到相應的別構通路。同時，