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.     

全桡动脉波传导时间与动脉硬化参数的对比分析研究

将测量和分析不同部位的外周动脉脉搏波波形,作为一种无创评估动脉僵硬度的方法,已经受到中外医学界的广泛重视。脉搏波传导时间已经被用来作为评价动脉僵硬度的有效指标,其无创评估动脉硬化的有效价值也得到重视。本文是通过容易获取的桡动脉波形计算全桡动脉脉搏波传导时间(FRPTT),将其与已经成熟的动脉僵硬度指标作对比分析研究,来判断FRPTT是否可以用来评估人体的动脉僵硬度。对248位合格样本人员的桡动脉脉搏波波形数据进行计算分析,同时测量其身高、体重、手腕处动脉血压,计算身体质量指数、桡动脉增益指数、射血时间、FRPTT。通过对采集到的20s时间内桡动脉波形进行二次微分,用自编的软件算法自动检测出点b(心脏开始射血点)和e(左心射血的停止点)的位置,计算FRPTT。通过对算出的FRPTT值与已知的心率、脉压、增益指数三个参数进行分析和比较,发现其与心率和增益指数两个参数(P0.001)显著相关;另外,女性组的FRPTT值跟脉压显示弱的负相关性,男性组没有相关性。结果表明,FRPTT可以作为一个衡量动脉硬化的指标。     

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.     

HIV-1整合酶与芳香二酮酸类抑制剂相互作用的分子模拟研究

用分子对接方法研究了一系列芳香二酮酸类抑制剂与HIV-1整合酶的识别及相互作用. 结果表明, 抑制剂结合到整合酶Asp64～Leu68, Thr115～Phe121, Gln148～Lys159和Mg2＋所构成的口袋区, 抑制机理与5CITEP相似. 采用分子动力学模拟和MM/PBSA方法计算了芳香二酮酸类抑制剂与整合酶之间的结合自由能, 计算结果与实验值相吻合, 平均绝对偏差为3.6 kJ/mol, 体系范德华相互作用和溶剂化效应的非极性项是利于形成复合物的主要因素. 相关性分析结果表明, 结合自由能值与疏水相互作用有较强的线性相关(R＝0.61), 基于此, 用多元线性回归方法给出了一个能较强预测芳香二酮酸类抑制剂与HIV-1整合酶的结合自由能预测模型, 为后续基于抑制剂结构的抗HIV-1药物分子设计提供指导.     

基于MPI的分子对接并行算法

基于消息传递接口(Message Passing Interface,MPI),用两种不同的并行程序设计方法对Autodock程序进行修改.将修改后的程序应用于HIV-1蛋白酶(Protease)和小分子抑制剂XK263的对接体系,测试了并行程序的加速比和并行效率.结果表明,两种改进的并行Autodock程序都可以很好地完成计算,尤其是方案Ⅱ并行程序的加速比和并行效率更高.     

戊烷与颗粒型甲烷单加氧酶的相互作用研究

颗粒型甲烷单加氧酶(Particulate methane monooxygenase, PMMO)是一个与细胞膜结合的金属酶, 能将烷烃生物催化为醇. 研究PMMO与烷烃的结合模式及催化机制将有利于设计合成一个新的模拟酶, 进而有效地利用烷烃作为新能源. 用分子对接方法获得了PMMO单体与一系列烷烃的结合模式, 并对PMMO单体和PMMO-戊烷复合物进行了6 ns的分子动力学模拟, 最后对复合物进行了构象成簇及结合能分析. 结果表明, 戊烷结合到靠近Zn^2＋的疏水口袋中, 该口袋由pmoA亚基的M45～W60和R190～T193以及pmoC亚基的Q161三个片段组成. 动力学结果表明, 与PMMO单体比, PMMO-戊烷复合物保持着相近的运动模式, 但幅度更明显, 另外, 戊烷在疏水口袋中的大幅度运动对于PMMO发挥催化作用是必须的. 结合能计算揭示疏水相互作用是戊烷与PMMO稳定识别的主要驱动力, 所有模拟结果与实验数据吻合较好.     

HIV-1整合酶G140A/G149A及T66I/S153Y突变后的构象变化

对HIV-1整合酶(IN)野生体(WT), G140A/G149A和T66I/S153Y突变体分别进行了5 ns的分子动力学(MD)模拟, 并用成簇和动力学交叉相关图(DCCM)分析了突变前后的构象变化. 整体结构分析表明, 突变后IN的活性口袋尺寸变化不大, T66I/S153Y突变体分子的整体运动性提高, 而G140A/G149A突变体的功能loop区柔性明显上升. IN WT的方均根涨落(RMSF)模拟值与B因子实验值的较高相关性证明了柔性分析的合理性. 通过成簇分析发现, IN在突变后功能loop区构象有开合运动, 构象开放的概率是: 体系G140A/G149A＞T66I/S153Y＞WT. 最后DCCM分析结果表明, 功能性分区的弱化以及DDE基序残基运动相关性的降低均有可能是突变体G140A/G149A和T66I/S153Y产生抗药性的原因. 模拟结果对理解IN突变体的抗药机理以及为基于HIV-1 IN的药物分子设计提供了理论帮助.     

用分子对接方法研究HIV-1整合酶与病毒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8 bp及27 bp病毒DNA的相互作用, 并获得IN与27 bp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, R263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15 bp. 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.