白细胞介素IL-8及受体CXCR1的分子动力学模拟

发布时间：2017-03-25 04:07

  本文关键词：白细胞介素IL-8及受体CXCR1的分子动力学模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：白细胞介素8(IL-8)(又称为趋化因子CXCL8)通过结合、激活其特异性受体CXCR1(A类G蛋白偶联受体家族成员),在人体免疫响应过程中发挥关键作用。IL-8与CXCR1的结合不是一步到位的,而是动态的。因此,研究IL-8与CXCR1的动态结合过程以及受体-配体相互作用对于理解趋化因子-受体功能发挥的分子机制以及靶向药物的设计有重要意义。基于IL-8与CXCR1结合的“Multistep”模型[1],对应于IL-8与CXCR1结合过程不同状态的三个模型Step0、Step1和Step2被建立,Step0为无配体状态下野生型CXCR1,Step1为IL-8结合到CXCR1的N末端区域(C XCR1 N-terminus)的复合物,Step2是通过蛋白-蛋白对接获得的IL-8与CXCR1胞外loop区域(CXCR1-ECLs)结合的复合物。本研究对以上三个模型各进行三次50ns的分子动力学模拟。Step2虽为蛋白-蛋白对接得到的IL-8/CXCR1复合物,但由于对接时指定了突变实验证实的关键残基为结合位点,因此该复合物的结合状态与实验数据一致性较好。对于Step2的研究揭示了受体-配体结合面存在静电、氢键、盐桥和疏水相互作用,验证了突变实验证实的,存在于CXCR1的Cys110、Arg199、Glu275、Arg280,以及IL-8的Glu4、Arg6六个关键残基,并发现了位于IL-8上的Glu24、Asp45和Glu48三个残基,这三个残基虽暂未被突变实验发现,但它们同时参与了静电和氢键相互作用,对于受体-配体相互作用具有重要性。综合Step0、Step1和Step2三个模型的平衡轨迹分析,发现了受体CXCR1在不同结合状态下的构象差异,即IL-8结合其N末端的CXCR1(Step1),其胞外loop区域柔性增加,该区域上结合IL-8的位点的暴露程度增大,这一系列构象变化有利于IL-8结合CXCR1的胞外域(Step2),在对Step1中受体-配体相互作用以及IL-8运动趋势的研究,亦能发现IL-8从第一步结合位置向第二步结合位置演化的趋势。CXCR1作为G蛋白偶联受体(GPCR),其胞外域结合配体之后,CXCR1将被激活,G蛋白进而结合至CXCR1的胞内loop区域,开启下游信号通路。本文模拟的时间为50ns,还不足以看到CXCR1跨膜域和胞内域剧烈的构象变化,但是却能观察到CXCR1胞内域五个关键残基(Tyr136、Leu137、Ile139、Val140和Met241)柔性、暴露程度的差别,这五个残基是突变实验证实的,存在CXCR1胞内域loop上,与G蛋白结合密切相关的残基。相对于Step0和Step1,Step2下的这五个残基,具有最大的柔性和最大的暴露程度,有理由相信这是CXCR1被IL-8激活的一个标志。我们相信本文研究对于IL-8与CXCR1相互作用机制有更深入的认识,为后续的实验和药物设计提供参考。
【关键词】：IL-8 CXCR1 分子动力学模拟 蛋白-蛋白对接
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R329.2
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究对象11-14
• 1.1.1 趋化因子与白细胞介素 811-12
• 1.1.2 G蛋白偶联受体与CXCR112-14
• 1.2 研究意义14
• 1.3 国内外研究进展14-17
• 1.4 科学问题及论文结构17-19
• 1.4.1 科学问题的提出17-18
• 1.4.2 研究的主要内容18
• 1.4.3 论文撰写安排18-19
• 第二章 材料与方法19-28
• 2.1 分子动力学模拟19-26
• 2.1.1 分子动力学模拟软件19
• 2.1.2 分子动力学模拟硬件19-20
• 2.1.3 分子动力学模拟原理20-22
• 2.1.4 跨膜蛋白的分子动力学模拟22-24
• 2.1.5 分子动力学模拟配置文件24-25
• 2.1.6 TCL脚本语言25-26
• 2.2 数据分析26-28
• 2.2.1 RMSD与RMSF26
• 2.2.2 氢键、盐桥及静电相互作用26-27
• 2.2.3 溶剂可达表面积27
• 2.2.4 残基相互作用指数27
• 2.2.5 分子表面标测27-28
• 第三章 CXCR1 与IL-8 对接复合物的计算机模拟28-41
• 3.1 引言28
• 3.2 方法与材料28-30
• 3.2.1 分子对接构建CXCR1 与IL-8 复合物结构28-29
• 3.2.2 模拟系统构建29-30
• 3.2.3 能量最小化与平衡30
• 3.3 结果与讨论30-39
• 3.3.1 对接构象的筛选30-32
• 3.3.2 Model I结合面相互作用32-38
• 3.3.3 结合面残基RII指数分析38-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第四章 CXCR1 与IL-8 的动态结合41-55
• 4.1 引言41
• 4.2 方法与材料41-43
• 4.2.1 同源模建CXCR1N末端 9-29 号残基片段41-42
• 4.2.2 建立不同结合状态的CXCR1/IL-8 系统42-43
• 4.2.3 建立模拟系统43
• 4.2.4 能量最小化与平衡43
• 4.3 结果与讨论43-52
• 4.3.1 分子动力学模拟反映3个模型的构象差异43-47
• 4.3.2 Step1 的受体-配体相互作用47-49
• 4.3.3 Step1 向Step2 演化49-51
• 4.3.4 分子动力学模拟反映G蛋白结合位点的暴露51-52
• 4.4 本章小结52-55
• 第五章 总结与展望55-58
• 参考文献58-64
• 附录64-67
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果67-68
• 致谢68-69
• 附件69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 毕惠娟;王健;;CXCR1、CXCR2及其配体的结构和功能[J];免疫学杂志;2010年12期

  本文关键词：白细胞介素IL-8及受体CXCR1的分子动力学模拟，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：266627