不同环境下α-突触核蛋白系综结构的核磁共振研究

发布时间：2018-02-28 09:01

  本文关键词： 液体核磁共振 顺磁弛豫速率增强 α-突触核蛋白 三价金属离子 盐效应 拥挤环境　出处：《中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所)》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：本论文的主要研究对象为α突触核蛋白,它的单体是天然的无结构蛋白,其聚集体是帕金森症的标志物——路易小体的主要成分,一直以来α突触核蛋白的异常聚集和纤维化被认为是引起帕金森症的主要原因之一,因而研究α-突触核蛋白的结构性质及聚集机理具有深远的意义。α-突触核蛋白在溶液容易发生聚集,形成富含β折叠淀粉样纤维体。该聚集机制十分复杂,目前仍没有明确的理论进行解释,一般认为a-突触核蛋白的纤维化过程首先要由无结构状态经历部分折叠中间态,再形成寡聚物,进而形成具有p折叠的纤维体。有研究表明α-突触核蛋白的纤维化过程受环境因素影响很大,因此,研究不同环境下α-突触核蛋白的初始结构具有重要的意义。核磁共振技术所测定的蛋白质结构是众多构象在观测时间上的平均,能在原子分辨率上观测蛋白质从皮秒到秒覆盖几十个量级时间尺度的动态变化过程,因而特别适合用来研究这种非单一柔性构象的天然无折叠蛋白。本论文主要从以下三个方面着手,主要运用核磁共振的方法,研究了α突触核蛋白在不同环境下的结构,并对其可能的纤维化机制进行合理的解释。研究内容一：α-突触核蛋白与三价金属离子的相互作用越来越多的研究表明体内金属离子的动态平衡和多种神经退行性疾病的发生有着非常密切的关系。流行病学以及帕金森病人黑质中路易体组分的分析均表明重金属可能涉及到帕金森的致病机理。已经有研究表明α-突触核蛋白与许多金属离子在体外可以发生相互作用,然而绝大数是有关二价金属离子对α-突触核蛋白结构和纤维化速率的影响。在本文中,我们主要使用核磁共振的方法研究了α突触核蛋白与三价金属离子,特别是镧系金属离子之间的相互位点和结合模式,并报道了一种新型的、未被报道的结合模式。基于相互作用信息,我们提出了三价金属离子加快α突触核蛋白纤维化聚集的可能分子机制。研究内容二：盐效应对α突触核蛋白初始系综构象,纤维化路径和动力学的影响有研究表明α-突触核蛋白在不同浓度氯化钠中形成的聚集体形态不同,而这两种聚集体的生理特性和细胞毒性也不同。我们通过19F NMR方法发现α-突触核蛋白在低盐环境中呈现明显的两套谱峰,根据顺磁弛豫速率增强技术(PRE)解析α-突触核蛋白在高盐和低盐环境中的初始系综构象,结果表明α-突触核蛋白在低盐环境中采取更紧凑的系综构象,而在高盐环境中采取更伸展的系综构象。19F NMR方法结合ThT荧光方法实时监测了α-突触核蛋白的纤维化过程,我们的研究首次发现α-突触核蛋白在纤维化过程中优先选择紧凑的构象。另外,通过主链15N纵向、横向弛豫速率以及稳态NOE实验发现α突触核蛋白初始系综构象跟其最终的聚集体的动力学特性有一定的相关性。研究内容三：拥挤环境对α突触核蛋白初始系综构象以及纤维化动力学的影响细胞内的环境很复杂,存在大量的蛋白质、核酸和多糖等各种分子,浓度高达300-400g/L,因此生物大分子是在一个高度拥挤的环境中行使其功能。随着蛋白质科学研究的不断深入,研究工作者已经意识到在生理环境或类生理环境中研究蛋白质物理化学性质的重要性。然而限制于实验技术手段的原因,有关生理环境下无折叠蛋白的构象以及与其结合(聚集)状态时结构及聚集的动力学过程的相关性研究仍然十分缺乏。本文中,我们研究了α-突触核蛋白在不同浓度拥挤试剂Ficoll 70中的系综构象,并通过与其单体Sucrose中的系综构象进行比较,揭示大分子拥挤环境引起的体积排阻效应并不是造成α-突触核蛋白采取紧凑构象的主要原因。结合结构和动力学信息,我们还提出大分子拥挤环境加速α-突触核蛋白纤维化速率的可能分子机制。综上所述,本论文主要通过核磁共振方法研究α-突触核蛋白在不同环境中的系综构象,从残基水平上揭示不同因素影响其聚集的可能分子机制。我们希望随着研究的不断深入,能够建立初始系综构象和最终纤维结构之间的相关性,为a-突触核蛋白自组装过程以及聚集体的细胞毒性提供更为详尽地指导意见。
[Abstract]:The main research object of this paper is 伪 - synuclein . Its monomer is a natural nonstructural protein . The aggregation of 伪 - synuclein is one of the main causes of Parkinson ' s disease . In conclusion , this paper mainly studies the possible molecular mechanism of 伪 - synuclein in different environments by nuclear magnetic resonance method . In conclusion , this paper mainly studies the possible molecular mechanism of 伪 - synuclein in different environments by nuclear magnetic resonance method . We hope to provide more detailed guidance for the self - assembly process of a - synuclein and the cytotoxicity of aggregates as the research progresses .

【学位授予单位】：中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q61
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本文编号：1546649