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人P-糖蛋白构象转换的靶向分子动力学模拟

作 者: 常姗燕
导 师: 孙彦
学 校: 天津大学
专 业: 生物化工
关键词: 人P-糖蛋白 癌症 多药耐药性 同源建模 靶向分子动力学模拟
分类号: R73-361
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


人P-糖蛋白(P-gp)的过量表达是使人类癌细胞产生多药耐药性的主要原因,P-gp通过构象转换将细胞内的抗癌药物转运到胞外,从而使化疗失败。因此研究P-gp的构象转换具有重要学术意义和应用价值。本文首先利用同源建模方法构建了人P-gp的三维结构,然后利用靶向分子动力学模拟方法从原子和分子角度解析了P-gp构象转换的作用机理。首先以小鼠P-gp的X射线晶体结构为模板,利用Modeller软件初步构建了100个开口向内的人P-gp的三维结构模型。然后使用molpdf、DOPE和GA341三种打分函数进行筛选得到1个三维结构模型。最后采用拉式构象图对该模型进行评估。结果表明,该模型整体优于文献报导的模型,为后续采用分子动力学模拟法研究人P-gp的构象变化提供了可靠的初始结构。基于全原子力场和分子动力学模拟软件,建立了开口向内和开口向外的膜蛋白质复合体系,且分别对其进行能量最小化和平衡计算以得到完全平衡体系,为分子动力学模拟提供必备的基础。以人P-gp的开口向内的三维结构为初始构象,开口向外的为靶向构象,利用靶向分子动力学模拟研究了人P-gp在膜环境中的构象转换过程。结果表明,在整个构象转换过程中, NBDs间在x和y方向上同时发生了相对运动,促使NBD闭合的过程中发生构象调整以形成正确的ATP结合口袋,NBDs的运动会引起TMD的细胞内末端的关键残基片段(KSs)间产生相对运动,且KSs在y方向的相对运动通过α-螺旋传导至TMD另一末端,从而使人P-gp的构象向外打开。配合常规MD模拟方法,对开口向内和开口向外的膜蛋白质复合体系进行研究,以分析TMD的KSs与NBDs间相互作用。借助于能量分析,探讨了TMDs与NBDs界面的作用网络,发现开口向外体系的作用网络较为复杂,且有利于稳定该体系下的构象。并考察了TMDs与NBDs界面的关键残基对,结果表明,NBDs的x-环对于人P-gp构象变化起关键作用,且E159-R467与D800-R1110、V908-R467与I265-R1110、以及S909-R467与A266-R1110是3对非常保守的关键残基作用对有助于维持NBDs与TMDs间的结合作用。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 文献综述  7-22
  1.1 前言  7
  1.2 人 P-糖蛋白  7-14
    1.2.1 人 P-糖蛋白的正常生理功能  8
    1.2.2 人 P-糖蛋白与多药耐药性之间的关系  8-9
    1.2.3 人 P-糖蛋白的结构  9-12
    1.2.4 人 P-gp 的构象转换  12-14
  1.3 同源建模  14-17
    1.3.1 同源建模的原理和方法  15-16
    1.3.2 P-糖蛋白的同源建模  16-17
  1.4 分子动力学模拟  17-20
    1.4.1 分子动力学模拟的原理及方法  17-18
    1.4.2 靶向分子动力学模拟  18-19
    1.4.3 分子动力学模拟在人 P-糖蛋白研究中的应用  19-20
  1.5 本文的研究目的和内容  20-22
第二章 人 P-糖蛋白的同源建模  22-39
  2.1 引言  22-23
  2.2 同源建模的基本过程  23-28
    2.2.1 选择模板  23
    2.2.2 序列比对  23-24
    2.2.3 模型初步构建及优化  24-25
    2.2.4 模型选择  25
    2.2.5 模型评估  25-28
  2.3 结果与讨论  28-38
    2.3.1 选择模板  28-29
    2.3.2 序列比对  29-31
    2.3.3 模板初步构建及优化  31
    2.3.4 模型选择  31-34
    2.3.5 模型评估  34-38
  2.4 小结  38-39
第三章 P-糖蛋白膜蛋白质复合体系的构建  39-53
  3.1 引言  39-40
  3.2 体系构建方法  40-45
    3.2.1 初步构建膜蛋白质复合体系  40-43
    3.2.2 能量最小化和平衡过程  43
    3.2.3 模拟参数设置  43-44
    3.2.4 分析方法  44-45
  3.3 结果与讨论  45-52
    3.3.1 初步构建的膜蛋白质复合体系  45-46
    3.3.2 能量最小化和平衡过程  46-52
  3.4 小结  52-53
第四章 人 P-糖蛋白构象转换的靶向分子动力学模拟  53-79
  4.1 引言  53-54
  4.2 模拟系统与方法  54-56
    4.2.1 分子动力学模拟过程  54-55
    4.2.2 模拟参数设置  55
    4.2.3 数据分析  55-56
  4.3 结果与讨论  56-78
    4.3.1 确定靶向 MD 模拟的最佳参数  57-60
    4.3.2 对比初始构象和靶向构象  60-62
    4.3.3 两个 NBD 之间的相对运动  62-67
    4.3.4 TMD 的细胞内末端的相对运动  67-72
    4.3.5 TMD 沿 y 方向打开  72-74
    4.3.6 NBD 与 TMD 的界面  74-78
  4.4 小结  78-79
第五章 结论与展望  79-81
  5.1 结论  79-80
  5.2 创新点  80
  5.3 展望  80-81
参考文献  81-85
致谢  85

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