HCV NS3/4A蛋白酶与Faldaprevir类似物的分子识别机制及其复合物运动模式
发布时间：2020-12-11 20:19
Faldaprevir类似物（Faldaprevir analogue molecule,FAM）能有效抑制HCV NS3/4A蛋白酶的催化活性,是一种潜在抗HCV先导化合物。通过生物信息学统计分析了已报道的HCV NS3/4A蛋白酶晶体结构,得到了FAM-HCV NS3/4A蛋白酶晶体结构。对FAM-HCV NS3/4A蛋白酶复合物进行了20.4 ns的分子动力学模拟,重点从氢键和结合自由能两个角度分析了二者分子识别中的关键残基及结合驱动力。氢键和范德华力是促使FAM特异性结合到蛋白V132?S139、F154?D168、D79?D81和V55的活性口袋中的主要驱动力,这与实验数据较为吻合。耐药性突变实验分析了R155K、D168E/V和V170T定点突变对FAM分子识别的影响,为可能存在的FAM耐药性提供了分子依据。最后,用自由能曲面和构象聚类两个方法探讨了体系的构象变化,给出体系的4种优势构象,为后续的基于HCV NS3/4A蛋白酶结构的Faldaprevir类似物抑制剂分子设计提供一定的理论帮助。
【文章来源】：生物工程学报. 2016年05期 第669-682页 北大核心
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
FAM的分子结构
ibitor1DY82.40DimerNS3:A1M175,NS4A:G221S232Linearinhibitor1DY92.10DimerNS3:A1M175,NS4A:G221S232Linearinhibitor,zincion1DXP2.40DimerNS3:A1M175,NS4A:G221S232Glycerol,zincionDuetothemissingresiduesinthemonomerofNS3orNS4A,thedatapresentedinthetableistherelativelycompleteone.后的势能平均值为–4.26×105kJ/mol，标准偏差为2000kJ/mol，波动范围小于0.47%。由于模拟体系较大，共含有15614个原子，波动对结果的影响不大，可以忽略。可见，HCVNS3/4APR和FAM的复合物结构在模拟过程中维持稳定可靠。图2体系势能随时间的变化Fig.2Potentialenergyofthesystemversussimulationtime.图3A给出了PR分子中A链、B链、C链和D链主链Cα原子的方均根偏差(Rootmeansquaredeviation，RMSD)随时间的变化。从图3A可以看出，蛋白酶在400ps后基本趋于平稳。A、B链的RMSD高于C、D链。经计算，A链RMSD为(0.125±0.020)nm、B链RMSD为(0.117±0.017)nm、C链和D链分别为(0.062±0.019)nm和(0.060±0.017)nm。说明C、D链较A、B链稳定。这与其结构有关，A、B链较长，含177个氨基酸残基，为蛋白酶的主体部分，大部分暴露在溶剂中，更易受到溶剂的影响；而C、D链仅含12个氨基酸，分别结合与A、B链外侧的结合口袋中，受到口袋内氨基酸残基的牵制作用，稳定性较好。图3B给出了体系整体主链Cα原子、配体FAM的ligand分子的RMSD随时间的变化。与图3A对比发现两个小分子的RMSD值在模拟
ISSN1000-3061CN11-1998/QChinJBiotechMay25,2016Vol.32No.5http://journals.im.ac.cn/cjbcn674过程中基本趋于平衡，经计算，ligand的RMSD为(0.173±0.024)nm，无较大波动。表明FAM稳定地结合在活性口袋中。而体系整体的RMSD数值则维持在较高位置，这可能是由于复合物分子较大，通过两分子FAM相互作用，形成二聚体结构，故在模拟过程中分子内有着较为显著的相对运动，4条链的相对位置及角度有较大变化。图3蛋白质体系中Cα原子与FAM方均根偏差随时间的变化Fig.3RMSDoftheCαatomsintheproteinicsystemandFAMversussimulationtime.图4给出了复合物分子中蛋白酶B链和D链的主链Cα方均根涨落(Rootmeansquarefluctuation，RMSF)分布。由于体系为二聚体结构，为简化分析运算，此处仅分析B链和D链。从图4中可以看到4个区域的涨落较大，分别是P96S101、P115R119、R123L126、V158V163。通过VMD观察这4个区域在水中模拟的运动轨迹，发现P96S101段和P115R119段是两个loop区，暴露在水中，与周围的残基作用较弱，所以柔性较大；R123L126段和V158V163段则是两个β折叠片，均与FAM结合部位相近。较大的运动幅度可能是受到了小分子的影响。D链仅有较小的涨落出现，说明其柔性较校图5A给出了晶体结构中蛋白酶A链和B链温度因子(B-factor，B因子)的自相关性。可以看到，A链和B链的相关性很高，其相关系数为0.81，这表明模拟分析方法可靠。图5B给出了模拟计算得到的B因子与X-ray实验所得B因子的相关性。一般来说，体系较大的RMSF和B因子均可用于说明相应的残基部分图4体系B链和D链Cα原子的方均根涨落分布Fig.4RMSFdistributionoftheCαatomsinchainBandchainD.
本文编号：2911163
【文章来源】：生物工程学报. 2016年05期 第669-682页 北大核心
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
FAM的分子结构
ibitor1DY82.40DimerNS3:A1M175,NS4A:G221S232Linearinhibitor1DY92.10DimerNS3:A1M175,NS4A:G221S232Linearinhibitor,zincion1DXP2.40DimerNS3:A1M175,NS4A:G221S232Glycerol,zincionDuetothemissingresiduesinthemonomerofNS3orNS4A,thedatapresentedinthetableistherelativelycompleteone.后的势能平均值为–4.26×105kJ/mol，标准偏差为2000kJ/mol，波动范围小于0.47%。由于模拟体系较大，共含有15614个原子，波动对结果的影响不大，可以忽略。可见，HCVNS3/4APR和FAM的复合物结构在模拟过程中维持稳定可靠。图2体系势能随时间的变化Fig.2Potentialenergyofthesystemversussimulationtime.图3A给出了PR分子中A链、B链、C链和D链主链Cα原子的方均根偏差(Rootmeansquaredeviation，RMSD)随时间的变化。从图3A可以看出，蛋白酶在400ps后基本趋于平稳。A、B链的RMSD高于C、D链。经计算，A链RMSD为(0.125±0.020)nm、B链RMSD为(0.117±0.017)nm、C链和D链分别为(0.062±0.019)nm和(0.060±0.017)nm。说明C、D链较A、B链稳定。这与其结构有关，A、B链较长，含177个氨基酸残基，为蛋白酶的主体部分，大部分暴露在溶剂中，更易受到溶剂的影响；而C、D链仅含12个氨基酸，分别结合与A、B链外侧的结合口袋中，受到口袋内氨基酸残基的牵制作用，稳定性较好。图3B给出了体系整体主链Cα原子、配体FAM的ligand分子的RMSD随时间的变化。与图3A对比发现两个小分子的RMSD值在模拟
ISSN1000-3061CN11-1998/QChinJBiotechMay25,2016Vol.32No.5http://journals.im.ac.cn/cjbcn674过程中基本趋于平衡，经计算，ligand的RMSD为(0.173±0.024)nm，无较大波动。表明FAM稳定地结合在活性口袋中。而体系整体的RMSD数值则维持在较高位置，这可能是由于复合物分子较大，通过两分子FAM相互作用，形成二聚体结构，故在模拟过程中分子内有着较为显著的相对运动，4条链的相对位置及角度有较大变化。图3蛋白质体系中Cα原子与FAM方均根偏差随时间的变化Fig.3RMSDoftheCαatomsintheproteinicsystemandFAMversussimulationtime.图4给出了复合物分子中蛋白酶B链和D链的主链Cα方均根涨落(Rootmeansquarefluctuation，RMSF)分布。由于体系为二聚体结构，为简化分析运算，此处仅分析B链和D链。从图4中可以看到4个区域的涨落较大，分别是P96S101、P115R119、R123L126、V158V163。通过VMD观察这4个区域在水中模拟的运动轨迹，发现P96S101段和P115R119段是两个loop区，暴露在水中，与周围的残基作用较弱，所以柔性较大；R123L126段和V158V163段则是两个β折叠片，均与FAM结合部位相近。较大的运动幅度可能是受到了小分子的影响。D链仅有较小的涨落出现，说明其柔性较校图5A给出了晶体结构中蛋白酶A链和B链温度因子(B-factor，B因子)的自相关性。可以看到，A链和B链的相关性很高，其相关系数为0.81，这表明模拟分析方法可靠。图5B给出了模拟计算得到的B因子与X-ray实验所得B因子的相关性。一般来说，体系较大的RMSF和B因子均可用于说明相应的残基部分图4体系B链和D链Cα原子的方均根涨落分布Fig.4RMSFdistributionoftheCαatomsinchainBandchainD.
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