转录因子-核酸复合物稳定性的分子动力学模拟研究
发布时间：2021-04-05 21:45
转录因子是一种具有序列特异性的DNA结合蛋白。随着蛋白质晶体解析技术的飞速发展,已经积累了大量的转录因子核酸复合物晶体结构,但这些结构数据仍不足以解释转录因子-核酸复合物稳定性动态变化的机制。大量实验研究表明,金属离子和基因突变会影响转录因子和核酸结合的稳定性。因此,研究金属离子和基因突变在转录因子蛋白-DNA相互作用过程中的识别和调控机理具有重要意义,也使这一领域成为表观遗传学的研究热点。通过文献调研和晶体结构数据搜索,本研究最终选取了c AMP响应元件结合蛋白/c AMP响应元件（CREB/CRE）复合物作为研究镁离子效应的体系,确定了WRKY/W-box复合物作为研究基因突变效应的体系。通过比较不同体系中镁离子的缺失和核酸上基因突变对转录因子与核酸复合物稳定性的影响,研究转录因子和核酸的调控机制。为此,首先对所选体系进行了长时间的分子动力学模拟,然后分别从均方根偏差、均方根波动、回旋半径、溶液可及表面积、氢键、DNA结构参数、蛋白质相对构象和结合自由能等角度进行了分析和系统比较,主要进行了以下几方面的研究工作:1、以CREB与CRE复合物为例,研究了镁离子对转录因子CRE蛋白与D...
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CREB-CRE复合物的晶体结构示意图
转录因子-核酸复合物稳定性的分子动力学模拟研究5统中信息的长时储存与CREB调节转录的活性以及其磷酸化水平密切相关(Lavivetal2019)。图1-2导致CREB因子磷酸化的信号转导通路(Carlezonetal2005)根据激活它们的外部刺激，不同的颜色代表不同的信号级联。路径之间的串扰由箭头指示。虚线表示存在未标示出的中间激酶。CaMKⅣ：Ca2+钙调蛋白依赖性激酶IV；Erk：细胞外调节激酶；MAPKAP-K2：MAP激酶激活的蛋白激酶2；MSK：促分裂原和应激激活激酶；p70S6K：p70S6激酶；PI-3K：磷酸肌醇3-激酶；PKA：依赖于环AMP的蛋白激酶；PLCγ：磷脂酶Cγ；RSK2：核糖体S6激酶2。Fig.1-2SignaltransductionpathwaysthatleadtophosphorylationofCREBfactors(Carlezonetal2005)Thedifferentsignalingcascadesarecolour-codedaccordingtotheexternalstimulusbywhichtheyareactivated.(Crosstalkbetweenpathwaysisindicatedbyarrows.Brokenlinesindicatethepresenceofintermediatekinasesnotshown.)CaMKⅣ,Ca2+calmodulin-dependentkinaseIV;Erk,extracellularregulatedkinase;MAPKAP-K2,MAP-kinase-activatedproteinkinase2;MSK,mitogenandstress-activatedkinase;p70S6K,p70S6kinase;PI-3K,phosphoinositide3-kinase;PKA,cyclic-AMP-dependentproteinkinase;PLCγ,phospholipaseCγ;RSK2,ribosomalS6kinase2.1.2.2CREB核酸识别特异性CREB蛋白碱性区域由16个氨基酸残基组成，是bZIP转录因子的最保守核心部分，主要参与核定位和靶点DNA结合功能(Craigetal2001)。在CREB蛋白质家
华中农业大学2020届硕士研究生学位（毕业）论文6族中蛋白碱性区域上的5个保守的残基直接参与核酸识别，为N9XXR/KXXCR17(X代表可变位点)，而在bZIP家族层次上其他三个位点保守，如图1-3所示(Fujiietal2000)。研究发现位点8、10、15和28对于bZIP蛋白核酸结合特异性至关重要(Huhetal2012,Metalloetal1997,Montclareetal2001)。Montclare通过针对CREB蛋白26个分布于碱性区域和亮氨酸拉链区域的相关位点进行单点丙氨酸突变，发现CREB中8号和10号位点分别由赖氨酸（Lys,K）和精氨酸(Arg,R)突变为丙氨酸(Ala,A)，从而导致CREB对CRE和TREmotif的结合特异性有显著性变化。在CREB蛋白中15号和28号位点由谷氨酸(Glu,E)占据，实验发现这两个位点分别由E突变为A，会导致CREB蛋白对CRE/TREmotif的结合特异性显著下降(Montclareetal2001)。Meyer等通过实验定向改变了蛋白互作区域之间的一对蛋白相互作用，发现蛋白互作能力的改变直接导致核酸识别特异性的改变(Meyeretal2014)。图1-3部分bZIP家族成员碱性区域氨基酸序列比对(Schumacheretal2000)碱基区残基285～307为绿色，亮氨酸拉链残基308～339为洋红色。CREB序列上方的p表示在CREB-bZIPCRE复合物中和磷酸盐接触的残基；B表示和碱基接触的残基；M表示与六水合镁离子有相互作用的残基。残基Tyr307和Glu312，仅在CREB家族中保守并形成螺旋间氢键，呈黄色。残基Gln321和Asn322使CREB中的二聚体接触，呈白色。CREB二聚体中参与成对离子相互作用的残基由一对填充箭头和另一对空箭头表示。序列比对强调了参与CREB家族二聚体稳定性和选择性残基的保守性。Fig.1-3AminoacidsequencecomparisonofthebasicregionsofmembersfromseveralCREBfamilies(Schumacheretal2000)
【参考文献】：
博士论文
[1]bZIP转录因子与DNA相互作用中甲基化调控机制的分子模拟[D]. 别丽华.华中农业大学 2018
硕士论文
[1]bZIP转录因子组合调控分子机制研究[D]. 熊乐.华中农业大学 2016
本文编号：3120157
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CREB-CRE复合物的晶体结构示意图
转录因子-核酸复合物稳定性的分子动力学模拟研究5统中信息的长时储存与CREB调节转录的活性以及其磷酸化水平密切相关(Lavivetal2019)。图1-2导致CREB因子磷酸化的信号转导通路(Carlezonetal2005)根据激活它们的外部刺激，不同的颜色代表不同的信号级联。路径之间的串扰由箭头指示。虚线表示存在未标示出的中间激酶。CaMKⅣ：Ca2+钙调蛋白依赖性激酶IV；Erk：细胞外调节激酶；MAPKAP-K2：MAP激酶激活的蛋白激酶2；MSK：促分裂原和应激激活激酶；p70S6K：p70S6激酶；PI-3K：磷酸肌醇3-激酶；PKA：依赖于环AMP的蛋白激酶；PLCγ：磷脂酶Cγ；RSK2：核糖体S6激酶2。Fig.1-2SignaltransductionpathwaysthatleadtophosphorylationofCREBfactors(Carlezonetal2005)Thedifferentsignalingcascadesarecolour-codedaccordingtotheexternalstimulusbywhichtheyareactivated.(Crosstalkbetweenpathwaysisindicatedbyarrows.Brokenlinesindicatethepresenceofintermediatekinasesnotshown.)CaMKⅣ,Ca2+calmodulin-dependentkinaseIV;Erk,extracellularregulatedkinase;MAPKAP-K2,MAP-kinase-activatedproteinkinase2;MSK,mitogenandstress-activatedkinase;p70S6K,p70S6kinase;PI-3K,phosphoinositide3-kinase;PKA,cyclic-AMP-dependentproteinkinase;PLCγ,phospholipaseCγ;RSK2,ribosomalS6kinase2.1.2.2CREB核酸识别特异性CREB蛋白碱性区域由16个氨基酸残基组成，是bZIP转录因子的最保守核心部分，主要参与核定位和靶点DNA结合功能(Craigetal2001)。在CREB蛋白质家
华中农业大学2020届硕士研究生学位（毕业）论文6族中蛋白碱性区域上的5个保守的残基直接参与核酸识别，为N9XXR/KXXCR17(X代表可变位点)，而在bZIP家族层次上其他三个位点保守，如图1-3所示(Fujiietal2000)。研究发现位点8、10、15和28对于bZIP蛋白核酸结合特异性至关重要(Huhetal2012,Metalloetal1997,Montclareetal2001)。Montclare通过针对CREB蛋白26个分布于碱性区域和亮氨酸拉链区域的相关位点进行单点丙氨酸突变，发现CREB中8号和10号位点分别由赖氨酸（Lys,K）和精氨酸(Arg,R)突变为丙氨酸(Ala,A)，从而导致CREB对CRE和TREmotif的结合特异性有显著性变化。在CREB蛋白中15号和28号位点由谷氨酸(Glu,E)占据，实验发现这两个位点分别由E突变为A，会导致CREB蛋白对CRE/TREmotif的结合特异性显著下降(Montclareetal2001)。Meyer等通过实验定向改变了蛋白互作区域之间的一对蛋白相互作用，发现蛋白互作能力的改变直接导致核酸识别特异性的改变(Meyeretal2014)。图1-3部分bZIP家族成员碱性区域氨基酸序列比对(Schumacheretal2000)碱基区残基285～307为绿色，亮氨酸拉链残基308～339为洋红色。CREB序列上方的p表示在CREB-bZIPCRE复合物中和磷酸盐接触的残基；B表示和碱基接触的残基；M表示与六水合镁离子有相互作用的残基。残基Tyr307和Glu312，仅在CREB家族中保守并形成螺旋间氢键，呈黄色。残基Gln321和Asn322使CREB中的二聚体接触，呈白色。CREB二聚体中参与成对离子相互作用的残基由一对填充箭头和另一对空箭头表示。序列比对强调了参与CREB家族二聚体稳定性和选择性残基的保守性。Fig.1-3AminoacidsequencecomparisonofthebasicregionsofmembersfromseveralCREBfamilies(Schumacheretal2000)
【参考文献】：
博士论文
[1]bZIP转录因子与DNA相互作用中甲基化调控机制的分子模拟[D]. 别丽华.华中农业大学 2018
硕士论文
[1]bZIP转录因子组合调控分子机制研究[D]. 熊乐.华中农业大学 2016
本文编号：3120157
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3120157.html
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