朊病毒正常功能与致病机理的计算化学研究

发布时间：2020-10-09 10:40

　　本论文首先用量子化学计算方法对朊病毒(Prion)的正常功能进行了研究，确定了PrP~c-Cu~(2+0)络合模式，并通过与Cu，Zn-SOD及其模拟物的抗氧化能力的比较，讨论了Prion的正常功能；同时结合生物信息学对与铜离子转运相关的蛋白按铜离子转运顺序进行分类，通过量化计算确定金属铜离子与朊病毒结合在整个铜离子转运过程中的位置。采用分子动力学模拟方法通过对鸡和人的Prion的对比计算研究，探寻PrP~c向PrP~(sc)转变过程的机理，理论结果将对医治朊病毒类疾病提供有力的指导。 Prion是一种新型的蛋白感染因子，能引起人和动物之间的可转移性神经退化疾病，研究发现Prion包括两种形式：细胞型(PrP~c)和异常型(PrP~(sc))。经过近20年的研究，人们在分子水平上认识朊病毒已取得了重要进展，这包括PrP~c的结构等。但这一领域有许多基本问题至今没有解决，主要存在以下两方面：Prion致病的根本原因是PrP~c正常功能的丧失还是PrP~(sc)的聚集沉淀具有毒性无法确定；PrP~c转化为PrP~(sc)的机理仍然不清楚。本论文选用Gaussian 98程序包中的密度泛函(DFT)方法对PrP~c-Cu~(2+)的络合模式及PrP~c的正常功能进行了计算研究，并对与铜离子转运相关的蛋白按铜离子转运顺序进行分类，确定金属离子与朊病毒结合在整个铜离子转运过程中的位置。然后在UNIX系统下运用InsightⅡ软件通过对鸡和人的PrP~c的对比动力学模拟计算研究，探寻PrP~c向PrP~(sc)转变的机理。本论文的主要结论如下： 1．通过理论计算对PrP~c-Cu~(2+)不同络合模式及其正常功能进行了研究，结果发现模式Ⅳ具有最高的结合能，可以进一步确定PrP~c-Cu~(2+)的络合模式为模式Ⅳ，这与最新实验得到八肽的晶体结构相一致。同时，并通过与Cu，Zn-SOD及其模拟物抗氧化能力的比较，我们还进一步证明了PrP~c的正常功能为Cu~(2+)缓冲剂而不是抗氧化剂或Cu~(2+)的转运载体。本章所采用的理论方法可以有效的研究其它蛋白络合金属的性质及设计更有效的SOD的模拟物。 2．通过动力学模拟方法对HuPrP~c和CkPrP~c的热稳定性进行比较研究，得到的主要结论有：总体上讲HuPrP~c比CkPrP~c具有更高的稳定性，表明CkPrP~c不发生α→β的构象转变不能归于其具有较好的稳定性，而可能由其它因素，如RNA或protein X参与PrP~c→PrP~(sc)的转化引起：HuPrP~c的H1与CkPrP~c的H1相比具有较低稳定性，而H2和H3却比后者的稳定，其原因可能是由HuPrP~c的H1中存在着较多的负电荷间的排斥作用及Asp147和Arg208间存在有缺陷的静电相互作用造成的。我们的结果澄清了以往对PrP~c→PrP~(sc)转化过程机理研究的诸多争议。尽管孤立的H1非常犯供芳山东师范大母峨士研完位毋位俗我稳定，但肠企少“完整结构中的Hl却可以被灿pl47林Ai留08的静电相互作用所干扰，进而最先解螺旋。这些发现对于进一步认识阮病毒病还有更深刻的意义，如把 A印147单点突变成类似c幻叶pc中的无极性的氨基酸，如果突变后不再感染阮病毒病，这可以对医治阮病毒类疾病提供更有力的帮助。 3.对参与铜离子转运的一系列由细胞膜外到膜内的蛋白质进行了研究，通过比较结合能及络合模式发现:随着铜离子转运蛋白由外到内铜离子与相应蛋白质的结合能数值逐渐增大，表明铜离子从细胞外转运到细胞内的过程在能量上存在热力学梯度，进而使整个转运过程得以顺利完成;同时，阮病毒蛋白与金属铜离子络合的结合能与膜蛋白IQHQ的相应数值非常相近，因而可推测其位置大约可定位为细胞膜附近，这与实验上得到的结果也是一致的;另外，具有相同络合模式的铜离子转运蛋白其结合能可能存在较大差别，说明铜离子转运蛋白在整个转运过程中所处的位置不是由络合模式决定的，而取决于蛋白本身。
【学位单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2004
【中图分类】：R373
【部分图文】：

结构示意图,感染性

证明两者具有不同的构象表位。PrP“与PrPsc由同一基因编码，具有相同的氨基酸顺序和共价修饰，但三维结构却差异很大。前者含40%的a螺旋，几乎不含p折叠:而后者含43%的p折叠，及30%的a螺旋[8，9](图1一l)，因此把这种病原引起的疾病称为构象病更为合适。一般认为，PrPsc的高p折叠状态促使其相互聚集，并引起细胞凋亡，最终导致各种神经退行性疾病。阮病毒特征概括如下:首先，它不含核酸，能使正常的蛋白质由良性转为恶性，由没有感染性转化为感染性;其次，它没有一般病毒的形态，而是呈纤维状;第三，它对所有杀灭病毒的物理化学因素均具有抵抗力，现有的消毒方法对其都不起作用

络合,位点,模式,水分子

rP却至今仍未确定。国际上多个研究小组对此进行了大量的实验，但由于PrP“与c了十的络合模式和络合位点过于复杂，加之现有域的某些限制，以致于存在较大争议。目前实验所提出具有一有四种:Prusiner小组。4]首先确定了PrP“与c价十的络合模式，提出PrP与两个八肤络合一个Cu2+。并且指出络合位点为两个His的咪哇基氧，在这种络合模式下四个络合位点形成近似平面四方形的结心位置。年Prusine尹5〕又提出四个八肤络合四个c了十的模式，与cuz+配基N，一个肤链N和一个水分子;，毛水euchi小组[l6]提出了一种新的络合模式，即中性条件下c基N，两个肤链N和一个水分子配位;colin5.Bums等[l7一]提出了一种新的络合模式，络合位点为一两个Gly的N，一个Gly拨基氧和一个水分子。

【引证文献】