L210F突变对CRAC离子通道影响的分子动力学研究
发布时间：2020-11-15 02:26
钙离子作为细胞中重要的第二信使,广泛调控着多种生理进程。如基因转录,细胞增殖、分化、凋亡等,同时细胞内钙离子浓度的变化与信号转导以及各种疾病息息相关。因此,细胞膜上的钙离子通道是机体发挥重要生理功能的基础。而钙离子内流主要是由钙致钙内流介导的,其中,CRAC(Ca2+Release Activated Ca2+)通道是介导钙内流的主要通道。尽管钙离子通过CRAC通道进入细胞的过程已经被发现了几十年,但是近期才对它的分子组成及功能有了更深入的研究。在实验上观察到,CRAC通道的L210F突变体可以使得通道处于激活状态,并且不需要激活因子的参与。本论文将以L210F突变体为突破口对CRAC通道的开放机制进行更加深入的探索。本论文在已有研究的基础上,通过分子动力学模拟的方法,来研究突变特定单个非孔道残基对CRAC通道结构及其导通性的影响。采用分子动力学引擎(Gromacs)对我们的体系进行动力学模拟,使用CHARMM-GUI来进行补全,建模和突变残基,运用全原子模型(all-atommodel,AA model)来计算动力学轨迹。在得到轨迹后通过MDAnalysis软件包和Gromacs内置的分析软件来处理轨迹。本论文主要从以下两方面对CRAC通道进行了研究:1、L210F突变对CRAC离子通道自身构象的影响。本论文对野生型和突变型结构分别进行了模拟,得到两种体系稳定的轨迹。结果表明:相对于野生型,突变型模拟的碱性区域和filter附近的半径发生了一定程度的扩张,尤其是在其中一条突变型模拟轨迹中发现了 filter附近的显著打开;此外,在残基结构的分析中发现,位于第二跨膜螺旋TM2(Transmembrane Helix Two)上的残基210由亮氨酸突变成苯丙氨酸后,有了更大的自由度,产生较野生型更大的旋转角,使得其对TM1的限制作用减小,而与相邻亚基的TM3的相互作用增强。2、L210F突变对CRAC离子通道周围环境的影响。对通道附近的离子分析发现:突变体L210F使得filter与疏水区域之间的水分子数明显增多,孔道水合性的增加有利于离子的通过,这与之前文献报道的L210F处于激活状态的结论一致;阴离子Cl-的分布在两种模拟中没有显著的差别,而阳离子Na+在突变模拟得到的轨迹里观察到了相对于野生型结构更深距离的渗透,进一步说明了突变体L210F处于较开放状态,但是在整个模拟的过程中没有观测到Na+的穿透现象,这可能与CRAC通道的低传导性相关。总之,L210F突变体可以从孔道半径及周围环境等方面对通道的开启产生影响。孔道半径的增加及孔道水合性的增加都可以降低离子通过孔道的能量势垒,即降低离子的渗透难度。本论文的模拟结果与实验上对L210F突变体的研究相符,并提供了更详尽的微观细节。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：O561
【部分图文】：
?山东大学硕士学位论文???＾?＃?Ｃ＾＊?〇Ｎ？．??图１－１细胞内钙信号和钙稳态的简化模型，图片来自文献［８］??根据细胞类型的不同，胞外钙离子的流入通过不同的钙通道来完成。受体激??活的钙通道（ＲＡＣＣ）可以由多种不同的刺激所激活，如化学的或机械的压力、??各种胞内胞外的信使以及钙库的钙离子数等。电压门控的钙离子通道（ＶＯＣＣ）??的孔道通常有四个跨膜螺旋，并且在孔道中存在一些由带电基团组成的“电位敏??感器”来充当门控机制。当感受到跨膜电位发生变化时，电敏感器可以在电场力??的作用下产生位移，对膜电位的变化做出反应，导致闸门的开启或关闭。钙库调??控的钙通道通常具有高度的钙离子选择性，这种类型的钙离子通道与内质网的关??系密不可分。以上这些钙库、钙汞、受体和离子通道各司其职，共同协作，一起??完成了细胞内的钙稳态。??１．１．２钙库操纵性钙内流??细胞中存在着非常多的通道和转运体用来调控钙离子的浓度，维持细胞内??的钙稳态。其中，在后生动物的细胞中钙离子进入细胞内最主要的方式是由??ＳＯＣＥ?（Ｓｔｏｒｅ?Ｏｐｅｒａｔｅｄ?Ｃａｌｃｉｕｍ?Ｅｎｔｒｙ）这一过程所介导的，即轉库操纵性的興内??流。在最初的研究中，ＳＯＣＥ过程只在非兴奋性细胞中被观测到，然而随着研究??的深入发展，研究者又发现钙库操纵的钙内流在所有类型的细胞中均有存在［８ｈ??１９８６年，Ｐｕｔｎｅｙ首先提出了有关钙库的盈亏与钙离子内流之间关系的假说。??他认为，内质网和细胞膜在细胞内部存在着互相接触的地方，因此细胞外的钙离??２??
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【参考文献】
本文编号：2884235
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：O561
【部分图文】：
?山东大学硕士学位论文???＾?＃?Ｃ＾＊?〇Ｎ？．??图１－１细胞内钙信号和钙稳态的简化模型，图片来自文献［８］??根据细胞类型的不同，胞外钙离子的流入通过不同的钙通道来完成。受体激??活的钙通道（ＲＡＣＣ）可以由多种不同的刺激所激活，如化学的或机械的压力、??各种胞内胞外的信使以及钙库的钙离子数等。电压门控的钙离子通道（ＶＯＣＣ）??的孔道通常有四个跨膜螺旋，并且在孔道中存在一些由带电基团组成的“电位敏??感器”来充当门控机制。当感受到跨膜电位发生变化时，电敏感器可以在电场力??的作用下产生位移，对膜电位的变化做出反应，导致闸门的开启或关闭。钙库调??控的钙通道通常具有高度的钙离子选择性，这种类型的钙离子通道与内质网的关??系密不可分。以上这些钙库、钙汞、受体和离子通道各司其职，共同协作，一起??完成了细胞内的钙稳态。??１．１．２钙库操纵性钙内流??细胞中存在着非常多的通道和转运体用来调控钙离子的浓度，维持细胞内??的钙稳态。其中，在后生动物的细胞中钙离子进入细胞内最主要的方式是由??ＳＯＣＥ?（Ｓｔｏｒｅ?Ｏｐｅｒａｔｅｄ?Ｃａｌｃｉｕｍ?Ｅｎｔｒｙ）这一过程所介导的，即轉库操纵性的興内??流。在最初的研究中，ＳＯＣＥ过程只在非兴奋性细胞中被观测到，然而随着研究??的深入发展，研究者又发现钙库操纵的钙内流在所有类型的细胞中均有存在［８ｈ??１９８６年，Ｐｕｔｎｅｙ首先提出了有关钙库的盈亏与钙离子内流之间关系的假说。??他认为，内质网和细胞膜在细胞内部存在着互相接触的地方，因此细胞外的钙离??２??
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【参考文献】
相关博士学位论文 前3条
1 于华;蛋白质—肽相互作用的分子动力学模拟研究[D];浙江大学;2015年
2 武福云;Orai和STIM1相互作用机制研究[D];南开大学;2014年
3 于俊伟;CRAC通道中STIM1自我抑制机制的研究[D];华中科技大学;2013年
本文编号：2884235
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