用分子模擬方法研究HIV-1整合酶與病毒DNA的相互作用.pdf

1、蛋白質(zhì)分子在細(xì)胞活動(dòng)和生命過(guò)程中扮演著非常重要的角色,它通過(guò)與配體的相互作用和識(shí)別來(lái)發(fā)揮生物功能。因此,蛋白質(zhì)受體與配體的相互作用研究,對(duì)于生物調(diào)控機(jī)制的理解以及細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的認(rèn)識(shí)具有重要的意義,并為新藥靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)和藥物設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。 本論文以HIV-1整合酶與病毒DNA為研究對(duì)象,用分子模擬方法研究它們可能的結(jié)合區(qū)域,為尋找具有更好活性的抗艾滋病藥物提供幫助。論文主要包括以下三個(gè)方面的工作：(1)對(duì)接程序DOT的并行化；

2、(2)用分子對(duì)接方法研究不同金屬離子對(duì)HIV-1整合酶四聚體與病毒DNA相互作用的影響；(3)將八個(gè)不同長(zhǎng)度片段病毒DNA與整合酶四聚體進(jìn)行了對(duì)接,結(jié)果表明整合酶四聚體有三個(gè)明顯的DNA結(jié)合區(qū)域,另外,將整合酶二聚體與這些DNA片段進(jìn)行對(duì)接,并分析了二聚體與四聚體在功能上的區(qū)別。 蛋白質(zhì)-DNA相互作用研究是21世紀(jì)生命科學(xué)的前沿和熱點(diǎn),分子對(duì)接方法是研究這一課題有效的計(jì)算機(jī)模擬手段。蛋白質(zhì)-DNA分子對(duì)接包括幾個(gè)重要步驟：搜索

3、受體與配體分子間的結(jié)合模式,過(guò)濾對(duì)接結(jié)構(gòu)以排除不合理的結(jié)合模式,以及用精細(xì)的打分函數(shù)評(píng)價(jià)、排序?qū)幽Ｊ降取７肿訉?duì)接程序DOT把移動(dòng)的配體分子放入靜止的受體分子的電勢(shì)場(chǎng)中,進(jìn)行系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng),盡力嘗試六個(gè)自由度,從而提供全空間的構(gòu)象搜索采樣,它只計(jì)算靜電相互作用能和范德華相互作用項(xiàng)。通過(guò)基于MPI的并行編程設(shè)計(jì),對(duì)DOT程序進(jìn)行并行化計(jì)算,極大的縮短了對(duì)接計(jì)算所需的時(shí)間。 HIV-1整合酶是HIV-1病毒復(fù)制過(guò)程中非常關(guān)鍵的一種

4、酶,它負(fù)責(zé)將病毒cDNA整合到宿主染色體上。X-ray和NMR實(shí)驗(yàn)已經(jīng)給出了HIV-1整合酶三個(gè)結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu),但目前,完整結(jié)構(gòu)的HIV-1整合酶還沒(méi)有解析出來(lái),更不用說(shuō)與DNA的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。因此,整合酶四聚體與病毒DNA相互作用在原子水平上的位點(diǎn)結(jié)構(gòu)信息,以及對(duì)整合酶四聚體-DNA復(fù)合物結(jié)合模式的合理預(yù)測(cè),對(duì)于理解整合酶的催化機(jī)理,進(jìn)而進(jìn)行基于結(jié)構(gòu)的整合酶抑制劑設(shè)計(jì)具有重要的意義。本論文用分子模擬方法研究HIV-1整合酶與病毒DNA的相

5、互作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn)AB和CD兩個(gè)二聚體的類似物在結(jié)構(gòu)上是不同的；金屬離子對(duì)于DNA在整合酶上的對(duì)接位置有重要的影響。 HIV-1整合酶四聚體與不同長(zhǎng)度片段DNA的對(duì)接結(jié)果表明,HIV-1整合酶四聚體有三個(gè)明顯的DNA結(jié)合區(qū)域,結(jié)合生物學(xué)實(shí)驗(yàn)信息,可以確定其中一個(gè)為宿主DNA的非特異性結(jié)合區(qū)域,而另兩個(gè)為病毒DNA的特異性結(jié)合區(qū)域。另外,HIV-1整合酶二聚體與DNA的對(duì)接結(jié)果,表明了二聚體與四聚體在功能的有一定的區(qū)別。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)抗艾滋病藥