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《中国科学技术大学》 2017年
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基于分子动力学模拟方法对埃博拉病毒蛋白间相互作用的研究

丁兢娜  
【摘要】:埃博拉病毒(EBOV)可以导致急性出血热,严重时甚至在几天内导致死亡。病毒的基因组由七种病毒基因组成,对这些病毒基因的转录和翻译可以产生病毒蛋白VP24,VP30,VP35,核蛋白(NP),基质蛋白(VP40),RNA依赖型RNA聚合酶(L)以及糖蛋白(GP)。其中NP,VP35和VP24蛋白直接参与病毒核衣壳的形成,从而影响病毒的转录/复制过程以及病毒的感染力和毒性。本文利用分子动力学模拟(MD)方法,对埃博拉病毒NP与VP35蛋白、NP与VP35蛋白突变体以及VP24与宿主核转运蛋白Alpha5之间的结合机理进行了研究。(1)埃博拉病毒核蛋白与VP35蛋白结合机制的研究NP-VP35复合物中的VP35肽段的移除会导致NP蛋白的自身寡聚化现象从而改变EBOV基因组的复制/转录状态。研究埃博拉病毒NP蛋白与VP35蛋白的结合机制可以为研究埃博拉病毒生活史提供数据支持,也为后期研究控制埃博拉病毒生活史或者治疗埃博拉病毒病的抑制剂提供理论基础。本文应用分子动力学模拟方法以及RMSD、RMSF、结合口袋内残基间距离、主成分分析、丙氨酸扫描、MM-GB/SA等分析方法研究埃博拉病毒free NPNTD 体系和NPNTD-VP35复合物体系。结果表明VP35的结合可以稳定NPNTD蛋白并减小结合口袋区域氨基酸残基的柔性残基的运动幅度。VP35的结合可能会通过触动NPNTD蛋白位于β发夹处的开关从而改变EBOV的转录/复制状态。另外NPNTD氨基酸残基R240,K248和R260以及VP35氨基酸残基E24,E31和R37所提供的静电能对于NPNTD-VP35复合物体系的结合具有最为显著的作用。(2)埃博拉病毒核蛋白与VP35蛋白突变体结合机制的研究由于病毒基因组极易变异,因此对EBOVNP与VP35蛋白突变体(I29D,L33D和M34P)的研究也为设计和合成EBOV抑制剂提供了有价值的数据。采用MD模拟方法结合MM-GB/SA,氢键网络分析、聚类分簇、主成分分析等方法研究了 EBOV NP与VP35的结合机制。结果表明突变体系的稳定性比野生型(WT)差。主成分分析结果显示WT和L33D体系比I29D和M34P体系更紧凑,M34P头部片区的亲水区域的运动趋势很混乱,说明M34P在所有体系中可能稳定性最差。结合能分析证实M34P体系的结合力在各体系中最低,因此该体系最不稳定。另外,各突变体系结合能的降低主要与突变残基的静电能贡献有关。VP35残基R37在各体系中均十分突出,对体系结合至关重要。(3)埃博拉病毒VP24蛋白与宿主核转运蛋白Alpha5的结合机制研究埃博拉病毒的VP24蛋白能够与核转运蛋白(KPNA)结合,从而抑制PY-STAT1的核转运,进而使得细胞不产生干扰素(IFNs)。本研究发现埃博拉病毒VP24蛋白与宿主核转运蛋白KPNA5的结合会稳定其结合表面,降低结合表面氨基酸残基的波动幅度。在发生相互作用后,两个蛋白体系的紧实度均增加,蛋白整体的构象变化幅度降低。通过对8个突变体系(MUT1,MUT2,MUT3,MUT4,R398A,F484A,Y477A和double mutant)的研究我们发现各突变体系的结构松散程度均大于野生型体系。能量分析结果表明MUT3体系对VP24-KPNA5复合物的结合有最显著的影响,而MUT4,R398A和double mutant体系对复合物的结合有第二显著的影响。另外VP24氨基酸残基R137,T138和KPNA5氨基酸残基R396,D480,F484对两个蛋白的结合起最主要的稳定作用。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R373

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