基于分子动力学模拟提高嗜热磷酸三酯酶样内酯酶非特异性底物活力的理论研究

采用分子动力学模拟和拉伸分子动力学模拟方法, 结合分子力学-广义玻恩表面积(MM-GB/SA)方法进行自由能计算和结构交互指纹分析, 研究了模拟过程中非特异性底物(对氧磷/内酯)分别与嗜热磷酸三酯酶样内酯酶(SsoPox)野生型和突变体(W263F/W263T)结合的构象变化, 分析了Loop8中重要残基Trp263的突变提高SsoPox非特异性底物活力的原因, 发现其能够影响门控残基Phe229的构象变化, 导致活性口袋入口变宽(Phe229与Tyr99之间的距离变大), 使对氧磷和内酯更容易结合到蛋白质的活性位点上; Asp256和Arg223形成盐桥的几率高于野生型(WT)SsoPox, 在Arg223(位于Loop7)的协助下质子更加高效地从活性中心的Asp256(位于Loop8)传递到溶剂中去, 因而能够提高SsoPox水解底物的效率. 通过比较2个野生型复合物的结构稳定性和结合自由能差异, 发现在模拟过程中SsoPox与内酯的复合物体系更加稳定并且具有更低的结合自由能, 有利于SsoPox识别底物并使其埋在活性部位的疏水环境中, 促进氢氧化物亲核进攻底物的亲电中心. 因此, 底物与酶稳定的相互作用可能是SsoPox具有天然内酯酶活性的原因之一.     

活细胞单分子力谱研究阿托伐他汀对ICAM-1与CD11b相互作用的影响

调节细胞黏附的整合素蛋白CD11b与其配体ICAM-1的相互作用在动脉粥样硬化的炎症进程中起至关重要的作用.阿托伐他汀(Atorvastatin,ATV)作为他汀类药物中的主要成员,以其良好的降脂作用广泛应用于动脉粥样硬化疾病的临床治疗,同时大量证据表明ATV还具有独立的抗炎作用,但其具体分子机制尚未完全明确.我们应用活细胞单分子力谱法研究了ATV干预对ICAM-1/CD11b相互作用的影响.结果表明原子力显微镜(AFM)在活细胞表面测得单对黏附分子ICAM-1/CD11b的相互作用力值约为40pN,ATV不能通过直接阻断ICAM-1或CD11b影响其单分子黏附力,而抗ICAM-1单克隆抗体则有效降低了此对黏附分子作用力.此外,流式结果表明ATV干预有效抑制了肿瘤坏死因子(TNF-α)诱导的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)表面ICAM-1表达增加.本研究建立的方法模型可作为活细胞体系研究临床药物影响细胞黏附分子间相互作用及抗炎机制的重要手段.     

基于多光谱方法和计算模拟的细胞色素CYP1A2与阿奇霉素的结合机制研究

为了解阿奇霉素(AZI)在模拟的人体环境中与CYP1A2的结合情况,探索AZI在人体内的转化机制,本论文使用分子对接、分子动力学模拟、荧光光谱、紫外分光光度法、傅立叶变换红外光谱、圆二色光谱等多种实验方法,阐明AZI与CYP1A2之间的相互作用机制。分子对接结果表明AZI与CYP1A2的结合方式是半包裹并且以疏水作用力相结合。分子动力学模拟结果表明,CYP1A2-AZI复合物的均方根偏差(RMSD)值增大;均方根波动(RMSF)值表明复合物体系柔性较大;回旋半径(Rg)值表明蛋白质特定区域的结构松散。荧光猝灭光谱实验表明,CYP1A2与AZI是以静态猝灭机制结合在一起。热力学参数表明AZI与CYP1A2之间的主导作用力为疏水作用力。时间分辨光谱表明AZI对CYP1A2的机制为静态猝灭。紫外光谱实验表明AZI与CYP1A2反应生成了复合物。红外光谱实验结果表明CYP1A2的二级结构含量发生了改变。圆二色光谱证实AZI对CYP1A2的二级结构产生影响。     

力场/溶剂水模型对EGFRvⅢ抗原-MR1(scFv)抗体复合物的MM-PBSA计算精度的影响与实验验证

以表皮生长因子Ⅲ型突变体(EGFRvⅢ)抗原多肽与其抗体(MR1)及其人源化突变体的复合物结构为出发点,采用分子动力学中的6种常用力场及3种常用溶剂水模型,分别对上述抗原-抗体复合物进行100ns的分子动力学模拟与分子力学和连续介质模型计算自由能(MM-PBSA),并在实验上利用等温滴定量热(ITC)仪测定了抗原和抗体相互作用的热力学参数.通过在结构变化、能量变化及野生型与突变体比较等几个方面进行综合分析,给出了最佳的计算模型.对不同力场及水模型计算精度等相关问题进行了探讨.     

HIV-1蛋白酶与抑制剂作用的结合自由能计算

HIV-1蛋白酶是治疗艾滋病的重要靶标酶之一. 采用分子动力学模拟, 运用MM-PBSA方法计算了HIV-1蛋白酶与三个抑制剂BE4, BE5和BE6的结合自由能, 结果表明抑制剂P₁/ 位置的苄基上双氟原子的不同位置对结合自由能产生不同的影响. 通过能量分解的方法考察了HIV-1蛋白酶的主要残基与三个抑制剂间的相互作用与识别, 结果表明三个抑制剂以相同的作用模式与HIV-1蛋白酶结合, 计算结果与实验结果基本吻合.     

Molecular modeling study of checkpoint kinase 1 inhibitors by multiple docking strategies and prime/MM-GBSA calculation

Developing chemicals that inhibit checkpoint kinase 1 (Chk1) is a promising adjuvant therapeutic to improve the efficacy and selectivity of DNA-targeting agents. Reliable prediction of binding-free energy and binding affinity of Chk1 inhibitors can provide a guide for rational drug design. In this study, multiple docking strategies and Prime/Molecular Mechanics Generalized Born Surface Area (Prime/MM-GBSA) calculation were applied to predict the binding mode and free energy for a series of benzoisoquinolinones as Chk1 inhibitors. Reliable docking results were obtained using induced-fit docking and quantum mechanics/molecular mechanics (QM/MM) docking, which showed superior performance on both ligand binding pose and docking score accuracy to the rigid-receptor docking. Then, the Prime/MM-GBSA method based on the docking complex was used to predict the binding-free energy. The combined use of QM/MM docking and Prime/MM-GBSA method could give a high correlation between the predicted binding-free energy and experimentally determined pIC(50) . The molecular docking combined with Prime/MM-GBSA simulation can not only be used to rapidly and accurately predict the binding-free energy of novel Chk1 inhibitors but also provide a novel strategy for lead discovery and optimization targeting Chk1.