芳香烃受体-配基互作模式的分子动力学模拟

摘要

芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor, AhR)属于配体依赖性的碱性螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix，bHLH)转录因子超家族中的PAS(Per-Arnt-Sim)亚家族，可通过与一些环境污染物结合激活下游多种基因表达，进而介导致癌、致畸和生物转化等作用。AhR配体可以分为合成配体与天然配体两类，合成配体包括有毒的卤代芳香烃类(HAHs)，多环芳香烃类(PAHs)及其衍生物，如多氯代二苯并-对-二恶英(PCDDs)，二苯并呋喃(PCDFs)，四氯二苯并-p-二恶英(TCDD)等;在非环境污染物作为配体时AhR则扮演不同的生理学角色，如影响细胞生长、分化和凋亡，调控自身免疫，炎症以及癌症进程。
　　本文通过对野生型(WT)和三个突变模型(Phe289Ala，Tyr316Ala，Ile319Ala)利用GROMACS软件包中的amber99sb力场进行分子动力学模拟，从蛋白稳定性，蛋白结构变化，蛋白结合腔变化，及蛋白和配体结合能力4个方面分析三个残基的门控作用。通过对AhR LBD与不同配体形成的复合物结构进行分子动力学模拟，从蛋白与配体结合模式，配体结合能量变化，蛋白结构变化和结合腔变化4个方面分析不同配体对AhRLBD结构域产生的影响。研究发现Phe289、Tyr316、Ile319三个疏水性氨基酸残基的突变将会降低AhR配体结合结构域(AhR LBD)环境的稳定性，并且通过疏水联系扮演一个“门控”残基的作用。整体的结构分析表明结合腔附近的突变会降低结合腔的稳定性，导致明显的柔性变化并且导致配体活性降低和逃逸。把AhR与不同类型的配体进行模拟，发现不同的配体在AhR LBD结构域中有不同的结合位点。然而一些关键的氨基酸残基，如Phe289，Phe318，Gln377等。这些氨基酸残基位点对于不同的配体可能有不同的构象以更加契合小分子从而牢牢结合小分子配体。我们同样发现氨基酸残基Phe289，Ile319和Met342对于不同配体具有较高的能量贡献。同时AhR在宏观上可以调整自己的构象与形状从而适应不同结构的配体，主要的柔性运动发生在A-B-loop以及E-alpha上。本研究结果为深入认识配体对AhR蛋白的作用机制，以及以AhR蛋白为靶点的药物设计、筛选和产品开发提供了重要理论依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 AhR的结构与功能

1．2 AhR作为人类疾病治疗的靶标

1．3 AhR配体

1．3．1 AhR合成配体

1．3．2 AhR内源性和天然配体

1．4 AhR物种特异性和突变研究

1．5 课题研究目的、意义和内容

1．5．1 本课题的研究目的和意义

1．5．2 本课题的研究内容

1．5．3 本课题创新点

第2章 分子动力学模拟残基突变对芳香烃受体配体结合区的影响

2．1 材料与方法

2．1．1 结构准备

2．1．2 同源建模和分子对接

2．1．3 分子动力学模拟

2．1．4 数据分析方法

2．2 结果与分析

2．2．1 AhR LBD结合模式和突变稳定性分析

2．2．2 残基突变对蛋白结构变化分析

2．2．3 残基突变结合腔变化分析

2．2．4 残基突变与配体结合自由能分析

2．2．5 318位点Phe突变成Ala分析

2．3 讨论

2．4 本章小结

第3章 分子动力学模拟研究不同配体与芳香烃受体结合模式的变化

3．1 材料与方法

3．1．1 结构准备与分子动力学模拟

3．1．2 体积计算

3．1．3 数据分析方法

3．2 结果与分析

3．2．1 AhR PAS B与配体结合模式分析

3．2．2 AhR PAS B与配体结合自由能变化分析

3．2．3 AhR PAS B与配体结合后结构变化分析

3．2．4 AhR PAS B与配体结合后体积变化分析

3．2．5 基于优化模型的柔性筛选

3．3 讨论

3．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文