HIV-1整合酶与抑制剂金精三羧酸复合物的分子动力学模拟

用分子对接程序(Autodock)将含有一个Mg²⁺的HIV-1整合酶核心区(以下简称IN-A)与抑制剂小分子金精三羧酸(简称Aurin)进行对接,预测其未知的复合物结构,然后用分子动力学(MD)方法对IN-A与Aurin的对接结果进行了950 ps的模拟.MD模拟结果发现,IN-A与Aurin形成了两个稳定的氢键,Mg²⁺也与Aurin上的氧原子形成了稳定的配键,IN-A与Aurin之间的静电相互作用能和范德华相互作用能的平均值分别为-205.8和-162.7 kJ/mol.根据MD模拟得到的IN-A与Aurin相互作用后的构象变化信息,我们对对接复合物结构进行了修正,给出了更加合理和稳定的复合物预测结构.本工作得到的HIV-1整合酶与抑制剂Aurin的结合模式信息将有助于设计和改造出效果更好的抗HIV-1整合酶的先导化合物.     

用分子对接方法预测HIV-1整合酶与金精三羧酸抑制剂的相互作用

用分子对接方法(Docking)研究了HIV-1整合酶与其抑制剂金精三羧酸的结合过程.为弄清金属离子在结合中所起的作用,选择含有一个Mg+2或不含Mg+2的两种不同的整合酶受体分别与金精三羧酸对接.结果表明, Mg+2对稳定配体与受体的结合起了重要作用. 金精三羧酸配体与含有一个金属Mg+2的整合酶受体对接,最优结合自由能为-45.19 kJ/mol. 当Mg+2失去后,整合酶的活性中心构象将发生变化,使金精三羧酸抑制剂与整合酶的结合自由能(-24.35 kJ/mol)明显增加. 预测了未知的HIV-1整合酶与其抑制剂金精三羧酸的复合物结构, 并可对基于结构的抗HIV-1整合酶的药物设计提供重要信息.     

HIV-1整合酶与抑制剂LCA的结合模式及抗药性研究

Ⅰ型人体免疫缺陷病毒(HIV-1)整合酶(integrase, IN)是病毒生命周期中一个重要的酶, 也是研究抗HIV新药的一个重要靶点. 运用多构象分子对接和分子动力学(molecular dynamics, MD)模拟, 研究了野生型整合酶核心区及G140S点突变的突变态整合酶核心区与抑制剂L-菊苣酸(L-chicoric acid, LCA)的结合模式, 并基于该结合模式探讨了G140S突变态整合酶对抑制剂LCA的抗药性. 结果表明: LCA结合到G140S突变态整合酶核心区中的位置与结合到野生型整合酶核心区的位置不同, 结合位置的差异导致LCA抑制作用的部分丧失; IN功能Loop区的柔性以及Mg²⁺离子与三个关键残基D64, D116和E152之间的相互作用有助于IN发挥生物学功能; G140S突变态整合酶核心区中的E152与LCA的排斥作用、K159与LCA结合能力的变弱以及Y143指向IN的口袋区是产生抗药性的重要原因. 这些模拟结果与实验结果吻合, 可为基于IN的抗HIV药物分子设计提供一些有用信息.     

蛋白质-蛋白质分子对接中打分函数研究进展

分子对接是研究分子间相互作用与识别的有效方法.其中,用于近天然构象挑选的打分函数的合理设计对于对接中复合物结构的成功预测至关重要.本文回顾了蛋白质-蛋白质分子对接组合打分函数中一些主要打分项,包括几何互补项、界面接触面积、范德华相互作用能、静电相互作用能以及统计成对偏好势等打分项的计算方法.结合本研究小组的工作,介绍了目前普遍使用的打分方案以及利用与结合位点有关的信息进行结构筛选的几种策略,比较并总结了常用打分函数的特点.最后,分析并指出了当前蛋白质-蛋白质对接打分函数所存在的主要问题,并对未来的工作进行了展望.     

蛋白质表面模块划分及其在结合位点预测中的应用

蛋白质-蛋白质复合物的结合位点预测是计算分子生物学的一个难题. 本文对蛋白质-蛋白质复合物数据集Benchmark 3.0 中的双链蛋白质复合物进行了研究, 计算了单体的残基溶剂可接近表面积和残基间的接触面积, 并据此提出了蛋白质表面模块划分方法. 发现模块的溶剂可接近表面积与其内部接触面积的乘积(PSAIA)值能够提供结合位点的信息. 在78 个双链蛋白质复合物中, 有74 个体系其受体或配体上具有最大或次大PSAIA值的模块是界面模块. 将该方法获得的结合位点信息应用在CAPRI竞赛Target 39 的复合物结构预测中取得了较好的结果. 本文提出的基于模块的蛋白质结合位点预测方法不同于以残基为基础且仅考虑表面残基的传统预测方法, 为蛋白质-蛋白质复合物结合位点预测提供了新思路.     

用分子对接方法预测HIV-1整合酶与金精三羧酸抑制剂的相互作用

用分子对接方法 (Docking)研究了HIV 1整合酶与其抑制剂金精三羧酸的结合过程 .为弄清金属离子在结合中所起的作用 ,选择含有一个Mg+ 2 或不含Mg+ 2 的两种不同的整合酶受体分别与金精三羧酸对接 .结果表明 ,Mg+ 2 对稳定配体与受体的结合起了重要作用 .金精三羧酸配体与含有一个金属Mg+ 2 的整合酶受体对接 ,最优结合自由能为 - 4 5 .19kJ/mol.当Mg+ 2 失去后 ,整合酶的活性中心构象将发生变化 ,使金精三羧酸抑制剂与整合酶的结合自由能 (- 2 4 .35kJ/mol)明显增加 .预测了未知的HIV 1整合酶与其抑制剂金精三羧酸的复合物结构 ,并可对基于结构的抗HIV 1整合酶的药物设计提供重要信息     

用分子对接方法研究HIV-1融合酶与病毒DNA的结合模式

用分子对接方法研究了HIV-1整合酶（Integrase,IN）二聚体与3’端加工（3’Processing,3’-P）前的8bp及27bp病毒DNA的相互作用,并获得IN与27bp病毒DNA的特异性结合模式。模拟结果表明,IN有特异性DNA结合区和非特异性DNA结合区;IN二聚体B链的K14,R20,K156,K159,K160,K186,K188,R199和A链的K219,W243,K244,R262,11263是IN结合病毒DNA的关键残基;并从结构上解释了能使IN发挥活性的病毒DNA的最小长度是15bp。通过分析结合能发现,IN与DNA稳定结合的主要因素是非极性相互作用,而关键残基与病毒DNA相互识别主要依赖于极性相互作用．模拟结果与实验数据较吻合。     

针对蛋白质复合物Other类型的打分函数

在不同类型复合物结合界面的物理化学特征不同的基础上, 针对较难预测的Other 类型复合物设计出特异性打分函数, 用于在对接过程中挑选出有效结构. 该函数由原子接触能(EACE)、范德华和静电相互作用能组成,通过多元线性回归方法获得各项的权重系数. 对来自CAPRI benchmark1 中17 个Other 类复合物例子进行打分测试. 结果表明,组合打分能够刻画出Other 类型复合物单体间相互作用的特征, 反映出复合物形成前后的能量变化, 具备一定的从众多样本中筛选出有效结构的能力. 相对于残基成对势(RP), 该组合打分获得了更高的打分成功率. 对CAPRI 第八轮竞赛中两个结构预测模型进行打分排序, 该组合打分也体现出强于RP 的鉴别有效结合模式潜力.     

用分子模拟方法研究HIV-1整合酶与咖啡酰基类抑制剂的相互作用

用分子对接和分子动力学(MD)模拟方法研究了一类咖啡酰基和没食子酰基类HIV-1整合酶抑制剂与整合酶之间的相互作用模式, 结果表明该类抑制剂分子上的两个侧链基团(咖啡酰基或没食子酰基)与整合酶的DDE基序之间的相互作用对抑制整合酶活性起到关键作用. 当侧链基团为没食子酰基时, 可以提高该类抑制剂与整合酶的结合能力. 采用线性相互作用能方法(LIE)计算了该类抑制剂与整合酶之间的结合自由能, 预测值与实验值相吻合, 均方根偏差RMSD为1.39 kJ•mol^-1, 以上结果可为基于结构的HIV-1整合酶抑制剂设计提供有用的信息.     

谷氨酰胺结合蛋白的分子动力学模拟和自由能计算

谷氨酰胺结合蛋白(Glutamine-binding protein, GlnBp)是大肠杆菌透性酶系统中一个细胞外液底物专一性结合蛋白, 对于细胞外液中谷氨酰胺(Gln)的运输和传递至关重要. 本文运用分子动力学(Molecular dynamics, MD)模拟采样, 考察了GlnBp关键残基与底物Gln之间的相互作用和GlnBp两条铰链的功能差别; 并采用MM-PBSA方法计算了GlnBp与底物Gln的结合自由能. 结果表明: Ph13, Phe50, Thr118和Ile69与底物Gln的范德华相互作用和Arg75, Thr70, Asp157, Gly68, Lys115, Ala67, His156与底物Gln的静电相互作用是结合Gln的主要推动力; 复合物的铰链区85～89柔性大, 对构象开合提供了结构基础; 而铰链区181～185柔性小, 其作用更多是在功能上把底物Gln限制在口袋中; 自由能预测值与实验值吻合. 本研究很好地解释了GlnBp结构与功能的关系, 为进一步了解GlnBp的开合及转运Gln的机制提供了重要的结构信息.