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.     

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。     

HIV-1整合酶G140A/G149A及T661/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.     

人类细胞色素P450 2E1酶在不同乙醇浓度下构象变化的分子动力学模拟

细胞色素P450(CYP) 2E1家族酶是一种具有双重功能的单加氧酶, 能够参与市场上6%药物的代谢而具有重要的作用. 这类酶与酒精的消耗、 糖尿病、 肥胖症以及厌食症等密切相关, 引起了广泛的研究兴趣. 目前尚未见从原子水平上对这种酶在不同乙醇浓度下构象行为的研究. 基于此, 本文研究了花生四烯酸(AA)与CYP2E1复合物结构在不同乙醇浓度下构象与能量变化的特点. 对于在不同乙醇浓度下AA与CYP2E1的复合物结构, 采用分子动力学模拟结合自由能计算的方法进行研究. 分子动力学模拟结果表明, His109和Lys243氨基酸残基对AA与CYP2E1的结合起到了至关重要的作用. 当体系的乙醇浓度较高时, AA的结合能力有所下降, 这种结合能力的下降是由于AA与CYP2E1之间氢键相互作用力的减弱所致. 本研究对于AA与CYP2E1复合物结构在不同乙醇浓度下, AA分子与CYP2E1分子结合能力下降以及CYP2E1的构象变化给出了详细的解释. 本研究工作得到的结论对于实验和理论研究均有重要意义, 可为后续细胞色素P450酶类催化活性的研究提供理论支持.     

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.     

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.     

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.     

HPPK与MgATP复合物的构象变化模拟研究

HPPK一种是重要的激酶和潜在的抗生素靶点,它的作用是催化细菌体内重要生命物质叶酸合成的第一步反应。在HPPK的催化反应过程中,HPPK先与MgATP结合,再与HP结合,然后催化反应发生。HPPK中的3个loop结构在结合过程中起着重要作用:MgATP的结合位点位于loop 3下,HP的结合位点位于loop 2下。loop 3与loop 2的开闭分别意味着MgATP与HP结合位点的开闭,本文运用分子动力学模拟研究HPPK与MgATP复合物构象变化。计算结果表明,在整个模拟过程中loop 3一直处于关闭状态,而loop 2则在全开、半开以及关闭等构象间转换;loop 2的开闭意味着HP结合位点的开闭,这些结果揭示了HP进入HPPKMgATP复合物很可能遵循的是构象选择机制。     

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整合酶链转移抑制剂的3D-QSAR、分子对接和分子动力学模拟研究

为了获得高活性、结构新颖的整合酶链转移(INST)抑制剂,本文采用Co MFA和Co MSIA两种方法对32个萘啶类INST抑制剂进行了三维定量构效关系研究,并建立了相关模型,其交叉验证系数分别为q~2=0. 809和q~2=0. 816,拟合验证系数分别为r~2=0. 998和r~2=0. 981,表明所建立的模型是可靠的且具有一定的预测能力。利用分子对接探讨小分子化合物与INST蛋白的相互作用模式,结果表明,萘啶类化合物主要通过疏水作用和氢键作用与INSTIs蛋白结合。最后通过分子动力学模拟进一步验证对接结果发现,对接的结合模式与分子动力学模拟得到的结果是一致的。本研究获得的综合模型和推论可以为开发有效的HIV INSTIs提供重要的理论信息。     

Molecular Dynamics Simulation of HIV-1 Integrase Dimer Complexed with Viral DNA

The biological function of HIV‐1 integrase (IN) is to integrate viral DNA into the host cell chromosome, and the specific binding of IN with viral DNA is a precondition for IN to function correctly. Beforehand, the binding mode of IN dimer (IN₂) with the 27 bp segment of viral DNA before 3′ processing (3′‐P) was obtained via a molecular docking method. Based on the binding mode, the aim of this article was to explore the changes of motive mode and correlative motion for the IN₂ and DNA systems after their binding through dynamical cross‐correlation map (DCCM) and principal component analysis (PCA). Finally, solvent effect during the association was analyzed briefly. The results show that there is a significantly increased positive correlation in the interface region between IN₂ and viral DNA, and some obvious motive mode changes of the two systems (IN₂ and DNA) were also observed after their binding. It was found that water molecules played an important role in the recognition between IN₂ and viral DNA through analyzing the water‐mediated hydrogen bonds.     

血管紧张素转换酶与抑制肽结合模式的分子动力学研究

应用分子模拟方法研究了血管紧张素转换酶(Angiotensin-converting enzyme,ACE)C端结构域(C-domain)与两种抑制肽(RIGLF/AHEPVK)的结合机制,预测了两个体系的结合模式,提出在C-domain-RIGLF中His353,Asp377,Asp453,Phe457,His513,Tyr523和Phe527为RIGLF主要结合残基,而在C-domainAHEPVK中Gln281,His353,Ser355,Glu384,Lys511,His513和Tyr523等残基起关键作用.应用结合自由能计算比较了两个体系的结合能力,结果表明,RIGLF和AHEPVK均与C-domain活性位点残基存在较强作用,且AHEPVK对C-domain的结合能力较强,与实验结果一致.     

Impact of Stable Protein-protein Interaction on Protein Conformational Space

Backbone dihedral angle based clustering approach was applied to investigate the effect of protein complexation on backbone conformational space and the effect on protein dynamics. Three representative enzyme-inhibitor complexes and their comprised proteins were used as models for small-and moderate-sized globular proteins to compare available backbone conformational space before and after complexation. Microsecond time scale molecular dynamic simulations were generated to ensure sufficient statistics. The result suggests that stable protein-protein interactions lead to redistribution of protein backbone mobility and restriction of the protein backbone conformational space, especially for short time scale motions. Surprisingly, these effects are found to be uncorrelated with protein-protein interaction surface. Consistent with many experimental and computational observations, our results indicate that both induced-fit and conformational selection models play roles in stable protein complexation process, with the dominant role being different for different protein complexes.     

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.     

Theoretical Investigation on Binding Process of Allophanate to Allophanate Hydrolase

Several molecular simulation methods were integrated to investigate the detailed binding process of allophanate to allophanate hydrolase and predict their stable complex structure. The optimal enzyme-substrate complex conformation demonstrates that along with Arg307 and Tyr299, Gly124 is also one of the key anchor residues in the stable complex. The energetic calculation suggests the existence of an intermediate state in the enzyme-substrate binding process. The further atomic-level investigation illuminates that Tyr299, Arg307 and Ser172 can stabilize the substrate in the intermediate state. By this token, the residues Arg307 and Tyr299 function in both binding process and getting stable state.     

Conformational Study of Glycal-Type Neuraminidase Inhibitors

The conformational flexibility of two glycal-type neuraminidase inhibitors has been studied, using several molecular modeling techniques. In agreement with the experimental data available, an intramolecular hydrogen bond, representing a key structural feature that controls the conformer distribution in solution, has been identified. The contribution of each substituent to the overall equilibrium was evaluated using simplified derivatives. Additionally, four methods for estimating NMR coupling constants from dihedral angles were evaluated and the Haasnoot method was found to be appropriate for this class of sugars. These results should allow a better understanding of the structural parameters governing physico-chemical properties of glycal-like compounds. Supplemental materials are available for this article. Go to the publisher's online edition of Journal of Carbohydrate Chemistry to view the free supplemental file.