海藻糖抑制淀粉质多肽42构象转变的分子动力学模拟

应用分子动力学模拟方法研究了海藻糖抑制淀粉质多肽42(Aβ42)构象转变的分子机理.结果表明,海藻糖溶液浓度对Aβ42构象转变具有非常重要的影响.在水和低浓度海藻糖溶液(0.18mol·L-1)中,Aβ42可由初始的α-螺旋结构转变成β-折叠的二级结构;但海藻糖浓度为0.37mol·L-1时即可有效抑制Aβ42的构象转变.这是因为海藻糖利用其优先排阻作用使水分子在多肽周围0.2nm内富集,而其自身却在距离多肽0.4nm的位置附近团聚.另外,海藻糖还可通过降低多肽间的疏水相互作用,减少多肽分子内远距离的接触,有效抑制多肽的疏水塌缩和构象转变.上述分子模拟的结果对于进一步合理设计阿尔茨海默病的高效抑制剂具有非常重要的理论指导意义.     

硫黄素T对淀粉样β-蛋白质40聚集成核动力学的双重影响

荧光染料硫黄素T常用于淀粉样纤维聚集过程的定性定量检测。虽然有研究表明,某些抑制淀粉样蛋白质聚集的小分子抑制剂会与硫黄素T相互作用,影响其测试结果。但硫黄素T如何影响淀粉样蛋白质的聚集成核动力学尚不清晰。本文以淀粉样β-蛋白质40 (Aβ40)为模型,系统研究了硫黄素T对Aβ40聚集成核的影响。研究发现：硫黄素T能够显著改变Aβ40的聚集成核动力学,且影响程度与硫黄素T的浓度密切相关。即在低浓度硫黄素T存在下,Aβ40成核速率的延迟时间先随着硫黄素T浓度的升高而缩短,后随着硫黄素T浓度的升高延迟时间反而延长。但延伸的速率却随硫黄素T浓度的升高而缓慢增大。另外,硫黄素T基本不会影响Aβ40的二级结构和纤维形态。同时,等温滴定微量热实验结果表明,硫黄素T结合Aβ40之间的主要作用力为疏水相互作用。据此,本研究提出硫黄素T对Aβ40聚集成核动力学的双重影响机理。这些结果有助于进一步了解硫黄素T与淀粉样蛋白质的作用特点,为今后硫黄素T在Aβ40聚集成核动力学实验中的使用提供参考。     

多肽抑制剂抑制淀粉质多肽42构象转换的分子动力学模拟和结合自由能计算

应用分子动力学模拟和结合自由能计算方法研究了多肽抑制剂KLVFF、VVIA和LPFFD抑制淀粉质多肽42 (Aβ42)构象转换的分子机理. 结果表明, 三种多肽抑制剂均能够有效抑制Aβ42的二级结构由α-螺旋向β-折叠的构象转换. 另外, 多肽抑制剂降低了Aβ42分子内的疏水相互作用, 减少了多肽分子内远距离的接触, 有效抑制了Aβ42的疏水塌缩, 从而起到稳定其初始构象的作用. 这些抑制剂与Aβ42之间的疏水和静电相互作用(包括氢键)均有利于它们抑制Aβ42的构象转换. 此外, 抑制剂中的带电氨基酸残基可以增强其和Aβ42之间的静电相互作用(包括氢键), 并降低抑制剂之间的聚集, 从而大大增强对Aβ42构象转换的抑制能力. 但脯氨酸的引入会破坏多肽的线性结构, 从而大大降低其与Aβ42 之间的作用力. 上述分子模拟的结果揭示了多肽抑制剂KLVFF、VVIA和LPFFD抑制Aβ42构象转换的分子机理, 对于进一步合理设计Aβ的高效短肽抑制剂具有非常重要的理论指导意义.     

Aβ40和hIAPP在溶液和表面的成核与交叉成核聚集行为

阿尔茨海默氏病(AD)和2型糖尿病(T2DM)是常见的由蛋白质错误折叠引起的疾病，作为与此二者相关的致病蛋白，淀粉样β蛋白(Aβ)和人胰岛淀粉样多肽(hIAPP)的交叉聚集行为暗示了AD和T2DM的相关性。然而，Aβ和hIAPP在体内的交叉聚集过程尚不明确。为了更好地模拟体内环境特征，即同时存在不同形式的淀粉样蛋白聚集体，且少量的聚集体附着在血管壁上会成为聚集过程的种子，本文以硫代黄素T荧光测定，原子力显微镜，圆二色光谱，石英晶体微天平以及MTT法作为研究手段，探究了Aβ和hIAPP在溶液和固体表面的成核与交叉成核聚集行为。结果表明，少量的Aβ40和hIAPP种子(单体浓度的1/50)即可显著改变异源聚集的聚集路径，形成具有不同形态且含有更多β-折叠结构的异源聚集体，导致更高的细胞毒性。溶液和固体表面上的结果均证明异源成核聚集效率低于同源聚集，且异源聚集的特征很大程度上取决于种子类型。此外，不同于溶液中所得结果，hIAPP种子在固体表面的交叉成核聚集效率显著高于Aβ40种子，证明了界面性质对交叉聚集过程的影响。这些结论对于理解淀粉样蛋白交叉聚集过程具有重要意义。     

渗透剂的分子体积和极性表面积分率对胰凝乳蛋白酶抑制剂2热稳定性的影响

渗透剂对蛋白质的稳定能力不仅与其极性表面积分率(fpSA)有关,而且也与其分子体积(V)密切相关.因此对于渗透剂稳定蛋白质能力的分析,需要同时考虑渗透剂的fpSA和V.为了考察渗透剂的fpSA和V对稳定蛋白质能力的影响,本文以胰凝乳蛋白酶抑制剂2(CI2)为模型蛋白,首先利用分子动力学模拟,考察了数种典型渗透剂对CI2热稳定性的影响;并根据模拟数据计算得到了渗透剂影响蛋白质热稳定性的一维结构参数;然后利用统计学双参数拟合,同时引入渗透剂的fpSA和V,建立了用于分析渗透剂稳定蛋白质能力的模型;最后利用模型分析了渗透剂的fpSA和V与其稳定蛋白质能力的关系.研究发现:利用分子动力学模拟结果定义并计算得到的一维结构参数能够较好地描述在热变性条件下渗透剂对CI2的稳定能力;所建立的模型能够很好地分析渗透剂对蛋白质的稳定能力;并且由于V和fpSA二次项的引入,可大大提高仅以fpSA为参数的模型的精度;另外,渗透剂对蛋白质的热稳定能力与其V成正比;由于拟合公式中引入了fpSA二次项,在fpSA小于0.7时,fpSA与渗透剂的稳定能力呈现负相关,但当fpSA大于0.7时,其与渗透剂的稳定能力反而呈现正相关.     

Aβ40和hIAPP在溶液和表面的成核与交叉成核聚集行为（英文）

阿尔茨海默氏病(AD)和2型糖尿病(T2DM)是常见的由蛋白质错误折叠引起的疾病,作为与此二者相关的致病蛋白,淀粉样β蛋白(Aβ)和人胰岛淀粉样多肽(h IAPP)的交叉聚集行为暗示了AD和T2DM的相关性。然而,Aβ和h IAPP在体内的交叉聚集过程尚不明确。为了更好地模拟体内环境特征,即同时存在不同形式的淀粉样蛋白聚集体,且少量的聚集体附着在血管壁上会成为聚集过程的种子,本文以硫代黄素T荧光测定,原子力显微镜,圆二色光谱,石英晶体微天平以及MTT法作为研究手段,探究了Aβ和h IAPP在溶液和固体表面的成核与交叉成核聚集行为。结果表明,少量的Aβ40和h IAPP种子(单体浓度的1/50)即可显著改变异源聚集的聚集路径,形成具有不同形态且含有更多β-折叠结构的异源聚集体,导致更高的细胞毒性。溶液和固体表面上的结果均证明异源成核聚集效率低于同源聚集,且异源聚集的特征很大程度上取决于种子类型。此外,不同于溶液中所得结果,h IAPP种子在固体表面的交叉成核聚集效率显著高于Aβ40种子,证明了界面性质对交叉聚集过程的影响。这些结论对于理解淀粉样蛋白交叉聚集过程具有重要意义。