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)胞活動和生命過程中扮演著非常重要的角色,它通過與配體的相互作用和識別來發(fā)揮生物功能。因此,蛋白質(zhì)受體與配體的相互作用研究,對于生物調(diào)控機制的理解以及細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的認(rèn)識具有重要的意義,并為新藥靶點的發(fā)現(xiàn)和藥物設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。 本論文以HIV-1整合酶與病毒DNA為研究對象,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方面的工作：(1)對接程序DOT的并行化；

2、(2)用分子對接方法研究不同金屬離子對HIV-1整合酶四聚體與病毒DNA相互作用的影響；(3)將八個不同長度片段病毒DNA與整合酶四聚體進行了對接,結(jié)果表明整合酶四聚體有三個明顯的DNA結(jié)合區(qū)域,另外,將整合酶二聚體與這些DNA片段進行對接,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,分子對接方法是研究這一課題有效的計算機模擬手段。蛋白質(zhì)-DNA分子對接包括幾個重要步驟：搜索

3、受體與配體分子間的結(jié)合模式,過濾對接結(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)評價、排序?qū)幽Ｊ降?。分子對接程序DOT把移動的配體分子放入靜止的受體分子的電勢場中,進行系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動和平動,盡力嘗試六個自由度,從而提供全空間的構(gòu)象搜索采樣,它只計算靜電相互作用能和范德華相互作用項。通過基于MPI的并行編程設(shè)計,對DOT程序進行并行化計算,極大的縮短了對接計算所需的時間。 HIV-1整合酶是HIV-1病毒復(fù)制過程中非常關(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實驗已經(jīng)給出了HIV-1整合酶三個結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu),但目前,完整結(jié)構(gòu)的HIV-1整合酶還沒有解析出來,更不用說與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結(jié)構(gòu)信息,以及對整合酶四聚體-DNA復(fù)合物結(jié)合模式的合理預(yù)測,對于理解整合酶的催化機理,進而進行基于結(jié)構(gòu)的整合酶抑制劑設(shè)計具有重要的意義。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兩個二聚體的類似物在結(jié)構(gòu)上是不同的；金屬離子對于DNA在整合酶上的對接位置有重要的影響。 HIV-1整合酶四聚體與不同長度片段DNA的對接結(jié)果表明,HIV-1整合酶四聚體有三個明顯的DNA結(jié)合區(qū)域,結(jié)合生物學(xué)實驗信息,可以確定其中一個為宿主DNA的非特異性結(jié)合區(qū)域,而另兩個為病毒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)對抗艾滋病藥