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.     

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.     

Study on the drug resistance and the binding mode of HIV-1 integrase with LCA inhibitor

Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) integrase (IN) is an essential enzyme in the lifecycle of this virus and also an important target for the study of anti-HIV drugs. The binding mode of the wild type IN core domain and its G140S mutant with L-Chicoric acid (LCA) inhibitor were investigated by using multiple conformation molecular docking and molecular dynamics (MD) simulation. Based on the binding modes, the drug resistance mechanism was explored for the G140S mutant of IN with LCA. The results indicate that the binding site of the G140S mutant of IN core domain with LCA is different from that of the core domain of the wild type IN, which leads to the partial loss of inhibition potency of LCA. The flexibility of the IN functional loop region and the interactions between Mg2 ion and the three key residues (i.e., D64, D116, E152) stimulate the biological operation of IN. The drug resistance also lies in several other important effects, such as the repulsion between LCA and E152 in the G140S mutant core domain, the weakening of K159 binding with LCA and Y143 pointing to the pocket of the G140S mutant. All of the above simulation results agree well with experimental data, which provide us with some helpful information for designing the drug of anti-HIV based on the structure of IN.     

分子动力学模拟研究A1408G突变对核糖体16S rRNA片段的影响

利用分子动力学模拟方法, 研究了原核生物核糖体小亚基中的16S rRNA片段与氨基糖苷类抗生素巴龙霉素复合物结构的柔性. 结果表明, 16S rRNA片段中的1408位点的腺嘌呤(A)突变为鸟嘌呤(G), 改变了与tRNA中反密码子环识别相关的2个腺嘌呤A1492和A1493的空间构象, 阻碍了氨基糖苷类抗生素与核糖体的结合, 从而影响原核生物蛋白转录过程. 模拟结果与实验测定的晶体结构相吻合, 可为基于核糖体16S rRNA的药物分子设计提供较可靠的结构信息.     

突变对嗜热古菌蛋白[P62A]Ssh10b主链构象影响的核磁共振研究

嗜热古菌蛋白Ssh10b突变体[P62A]Ssh10b具有良好的热稳定性. [P62A]Ssh10b的结构测定结果显示, 其α2螺旋上残基K48和D51之间形成了一对盐键, 而且, 突变D51将影响蛋白的热稳定性. 为了探索D51的突变对蛋白热稳定性的影响, 构建了突变体[D51N/P62A]Ssh10b的质粒, 并获得了高纯度的15N和13C双标记[D51N/P62A]Ssh10b. 通过对异核三共振NMR实验数据的解析, 完成了对[D51N/P62A]Ssh10b的主链共振近乎完全的指认. 比较突变以及未突变蛋白质的主链1HN和15N化学位移, 在[P62A]Ssh10b的结构基础上进行分析发现, D51N突变显著地影响了α2螺旋骨架构象, 并进一步影响到古菌Lβ2α2loop区域、β4 的N端区域、Lβ3β4 loop的C端区域以及β3与Lβ3β4 loop的交界区域. 结果表明, 由于D51N突变破坏了α2螺旋上K48和D51之间的盐键, 影响了[D51N/P62A]Ssh10b的α2螺旋构象, 并影响到蛋白的其它相关部位的局部构象, 说明 [P62A]Ssh10b 的高热稳定性可能与其溶液构象密切相关. 为进一步运用NMR研究[D51N/P62A]Ssh10b分子结构特性与耐热机制间的关系奠定了基础.     

胰高血糖素样肽-1受体胞外区域突变体复合物的动力学研究

采用分子动力学模拟方法研究了胰高血糖素样肽-1(GLP-1)与GLP-1受体(GLP-1R)胞外区域的相互作用.结果表明,配体的结合导致受体的构象发生改变,Loop2区域的氨基酸Pro90和Trp91以及C末端的Glu128向配体移动.根据保守位点突变受体(P73A,V81L,Y88A,P90A和W91A)后所得多肽模拟数据,发现Loop2区域在突变体中的结构和柔性均发生了明显变化,Trp91和Tyr88的突变将导致配体亲和力丧失.研究结果证明,P73A突变型受体和野生型受体分别与配体相互作用后,二者数值差别不大,因此Pro73不是关键残基;V81L突变体则会导致配体亲和力的丧失.该结果为GLP-1药物设计提供了重要理论依据.     

人类免疫缺陷病毒整合酶二酮酸类抑制剂的三维药效团构建

应用遗传算法相似性程序(GASP), 以作用于I型人类免疫缺陷病毒(human immun-odeficiency virus type 1, HIV-1)整合酶(IN)的二酮酸类(diketoacids, DKAs)抑制剂构建药效团模型. 所选训练集分子均具有可靠的类药性特征及DKAs药效团特征. 尝试将抑制剂与药效团叠合后的构象和抑制剂与IN的对接构象进行叠合, 得到药效团模型与分子对接构象中IN残基的相对位置, 并基于抑制剂的药效团模型特征与周围IN氨基酸残基位置的匹配情况进行药效团特征的修改. 所得最优药效团由1个疏水特征、3对氢键特征和1个氢键供体特征组成. 该药效团的命中物质量(goodness of hit, GH)为0.56, 产出率(Y)达63.6%, 假阳性率(FP)为0.41%. 该药效团具有较好的置信度, 产出率较高而假阳性率较低, 可用于数据库搜索发现新的具有DKAs药效团特征的活性化合物, 也可为先导化合物的改造提供帮助.     

残基突变对P53-DNA结合域肽段构象影响的分子动力学模拟

基于分子动力学模拟方法研究了R249S、R248W 和G245S 突变对P53-DNA 结合域肽段(残基230-258)结构的影响. 采用GROMACS 软件包和GROMOS 43A1分子力场, 分别对野生型wtP53肽段、单点突变型P53-R249S肽段、两点突变型P53-R249S/R248W肽段和三点突变型P53-R249S/R248W/G245S肽段进行了4组独立的分子动力学模拟, 每组体系模拟时间为500 ns. 研究结果表明: R249S单残基突变影响肽段残基形成二级结构的情况, 但不改变肽段三维结构的模式, 同时使该肽段结构相对稳定; R249S和R248W两残基同时突变会加剧R249S突变对肽段的影响, 同时导致三维结构发生较大变化, 构象弯曲呈现双turn 结构, 肽段稳定性进一步增大; G245S突变对肽段的影响与R249S和R248W同时突变对其结构的影响相反, 在两残基突变的基础上, G245S突变会使原突变引起的变化减弱甚至消失, 同时使得该肽段结构稳定性减小. 该研究对认识肿瘤致病分子机制和设计新药物有重要意义.     

葡萄糖激酶Y214C活性突变的理论研究

葡萄糖激酶(GK)催化葡萄糖转变为6-磷酸葡萄糖,这是糖代谢的第一步.正因为如此,GK活性异常在糖代谢紊乱的发生发展中起着重要作用.对青年型早发糖尿病(MODY2)和高胰岛素性低血糖症(PHHI)的深入研究证实GK活性改变与糖尿病的发生有关.为了研究GK活性改变的机理,利用分子动力学模拟和隐性溶剂的自由能计算对GK的单点突变Y214C(Tyr214→Cys)进行了理论研究.通过GK的Cα原子均方根浮动变化(RMSF)和动态相关性矩阵(DCCM)分析发现,Y214C突变导致处于活化状态的GK的构象更加稳定;通过包结自由能分析发现,Y214C突变可增加GK对葡萄糖的包结亲合性.相关研究结果有助于从原子水平理解Y214C活性突变的机制,并为糖尿病的治疗提供一定的理论参考.     

枯草杆菌漆酶重要功能位点的保守性与可变性分析

在对比分析天然枯草杆菌漆酶(CAR)的一级结构与三维空间结构的基础上,锁定了CAR的底物结合通道和铜离子结合位点,设计并构建了CAR的4种突变体.对比分析了野生型酶与4种突变体酶的性质及催化功能,结果表明,该漆酶分子中位于第二保守区的H155位点是漆酶催化所必需的,H155即使被其同义氨基酸(如Arg)替换,也会因氧化还原电势的降低而降低漆酶的催化活力,同时还会导致漆酶的热稳定性和酸碱稳定性降低,以及最适p H值酸移;位于非保守区的A158位点与I224位点的保守性对漆酶的催化是有利的,而S210G突变增强了漆酶的稳定性与催化功能,这可能与S210G突变增强了漆酶的底物通道上一段富含Pro片段的柔性有关.此外,A158/R155H突变(CAHE)可能导致漆酶不耐冷,在低温(50℃)时引起酶活明显降低.所研究的漆酶在2,2'-连氮-双(3-乙基苯并噻唑-6-磺酸)(ABTS)介体存在下,对靛蓝类染料(如靛蓝胭脂红)和三苯甲烷类染料(如结晶紫)的脱色率均高于对偶氮类染料(如甲基红和刚果红)和蒽醌类染料(如活性亮蓝),说明该漆酶对染料有一定的选择性.     

A New Polyphenolic Compound from Rubus aleaefolius and Its Inhibitory Activity on Mammalian Cell Cycle at G0／G1 Phase

Rubuphenol (1), a new polyphenolic compound, was isolated together with the known ellagic acid (2) as new cell cycle inhibitors from Rubus aleaefolius Poir. Through a bioassay-guided separation procedure and the structure of 1 was elucidated by spectroscopic method. Compounds 1 and 2 inhibited the cel cycle of tsFT210 cells at the G0/G1 phase respectively with the MIC values of 14.6μM and 10.3μM.     

Oxygenation by a superhydrophobic slip G/L contactor

The compelling need for an efficient supply of gases into liquids or degassing of fluids within confined microchannels triggered our study on membrane assisted microchemical systems. Porous hydrophobic flat/micro-structured polyvinylidene fluoride (PVDF) membranes were fabricated and integrated in a glass G/L contacting microfluidic device with the aid of optical adhesives. The oxygen transport in microchannels, driven by convection and diffusion, was investigated both experimentally and numerically. The effects of intrinsic membrane morphology on the G/L contacting performance of the resultant membranes were studied. The experimental performance of the flat membranes are shown to obey the simulation results with the assumptions of negligible gas phase and membrane mass transfer limitations. Micro-structured membranes revealed apparent slippage and enhanced mass transport rates, and exceeded the experimental performance of the flat membranes.