HCV NS3/4A蛋白酶與Faldaprevir類(lèi)似物的分子識(shí)別機(jī)制及其復(fù)合物運(yùn)動(dòng)模式
發(fā)布時(shí)間：2020-12-11 20:19
Faldaprevir類(lèi)似物（Faldaprevir analogue molecule,FAM）能有效抑制HCV NS3/4A蛋白酶的催化活性,是一種潛在抗HCV先導(dǎo)化合物。通過(guò)生物信息學(xué)統(tǒng)計(jì)分析了已報(bào)道的HCV NS3/4A蛋白酶晶體結(jié)構(gòu),得到了FAM-HCV NS3/4A蛋白酶晶體結(jié)構(gòu)。對(duì)FAM-HCV NS3/4A蛋白酶復(fù)合物進(jìn)行了20.4 ns的分子動(dòng)力學(xué)模擬,重點(diǎn)從氫鍵和結(jié)合自由能兩個(gè)角度分析了二者分子識(shí)別中的關(guān)鍵殘基及結(jié)合驅(qū)動(dòng)力。氫鍵和范德華力是促使FAM特異性結(jié)合到蛋白V132?S139、F154?D168、D79?D81和V55的活性口袋中的主要驅(qū)動(dòng)力,這與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較為吻合。耐藥性突變實(shí)驗(yàn)分析了R155K、D168E/V和V170T定點(diǎn)突變對(duì)FAM分子識(shí)別的影響,為可能存在的FAM耐藥性提供了分子依據(jù)。最后,用自由能曲面和構(gòu)象聚類(lèi)兩個(gè)方法探討了體系的構(gòu)象變化,給出體系的4種優(yōu)勢(shì)構(gòu)象,為后續(xù)的基于HCV NS3/4A蛋白酶結(jié)構(gòu)的Faldaprevir類(lèi)似物抑制劑分子設(shè)計(jì)提供一定的理論幫助。
【文章來(lái)源】：生物工程學(xué)報(bào). 2016年05期 第669-682頁(yè) 北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：14 頁(yè)
【部分圖文】：
FAM的分子結(jié)構(gòu)
ibitor1DY82.40DimerNS3:A1M175,NS4A:G221S232Linearinhibitor1DY92.10DimerNS3:A1M175,NS4A:G221S232Linearinhibitor,zincion1DXP2.40DimerNS3:A1M175,NS4A:G221S232Glycerol,zincionDuetothemissingresiduesinthemonomerofNS3orNS4A,thedatapresentedinthetableistherelativelycompleteone.后的勢(shì)能平均值為–4.26×105kJ/mol，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2000kJ/mol，波動(dòng)范圍小于0.47%。由于模擬體系較大，共含有15614個(gè)原子，波動(dòng)對(duì)結(jié)果的影響不大，可以忽略�？梢�(jiàn)，HCVNS3/4APR和FAM的復(fù)合物結(jié)構(gòu)在模擬過(guò)程中維持穩(wěn)定可靠。圖2體系勢(shì)能隨時(shí)間的變化Fig.2Potentialenergyofthesystemversussimulationtime.圖3A給出了PR分子中A鏈、B鏈、C鏈和D鏈主鏈Cα原子的方均根偏差(Rootmeansquaredeviation，RMSD)隨時(shí)間的變化。從圖3A可以看出，蛋白酶在400ps后基本趨于平穩(wěn)。A、B鏈的RMSD高于C、D鏈。經(jīng)計(jì)算，A鏈RMSD為(0.125±0.020)nm、B鏈RMSD為(0.117±0.017)nm、C鏈和D鏈分別為(0.062±0.019)nm和(0.060±0.017)nm。說(shuō)明C、D鏈較A、B鏈穩(wěn)定。這與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，A、B鏈較長(zhǎng)，含177個(gè)氨基酸殘基，為蛋白酶的主體部分，大部分暴露在溶劑中，更易受到溶劑的影響；而C、D鏈僅含12個(gè)氨基酸，分別結(jié)合與A、B鏈外側(cè)的結(jié)合口袋中，受到口袋內(nèi)氨基酸殘基的牽制作用，穩(wěn)定性較好。圖3B給出了體系整體主鏈Cα原子、配體FAM的ligand分子的RMSD隨時(shí)間的變化。與圖3A對(duì)比發(fā)現(xiàn)兩個(gè)小分子的RMSD值在模擬
ISSN1000-3061CN11-1998/QChinJBiotechMay25,2016Vol.32No.5http://journals.im.ac.cn/cjbcn674過(guò)程中基本趨于平衡，經(jīng)計(jì)算，ligand的RMSD為(0.173±0.024)nm，無(wú)較大波動(dòng)。表明FAM穩(wěn)定地結(jié)合在活性口袋中。而體系整體的RMSD數(shù)值則維持在較高位置，這可能是由于復(fù)合物分子較大，通過(guò)兩分子FAM相互作用，形成二聚體結(jié)構(gòu)，故在模擬過(guò)程中分子內(nèi)有著較為顯著的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，4條鏈的相對(duì)位置及角度有較大變化。圖3蛋白質(zhì)體系中Cα原子與FAM方均根偏差隨時(shí)間的變化Fig.3RMSDoftheCαatomsintheproteinicsystemandFAMversussimulationtime.圖4給出了復(fù)合物分子中蛋白酶B鏈和D鏈的主鏈Cα方均根漲落(Rootmeansquarefluctuation，RMSF)分布。由于體系為二聚體結(jié)構(gòu)，為簡(jiǎn)化分析運(yùn)算，此處僅分析B鏈和D鏈。從圖4中可以看到4個(gè)區(qū)域的漲落較大，分別是P96S101、P115R119、R123L126、V158V163。通過(guò)VMD觀察這4個(gè)區(qū)域在水中模擬的運(yùn)動(dòng)軌跡，發(fā)現(xiàn)P96S101段和P115R119段是兩個(gè)loop區(qū)，暴露在水中，與周?chē)臍埢饔幂^弱，所以柔性較大；R123L126段和V158V163段則是兩個(gè)β折疊片，均與FAM結(jié)合部位相近。較大的運(yùn)動(dòng)幅度可能是受到了小分子的影響。D鏈僅有較小的漲落出現(xiàn)，說(shuō)明其柔性較校圖5A給出了晶體結(jié)構(gòu)中蛋白酶A鏈和B鏈溫度因子(B-factor，B因子)的自相關(guān)性�？梢钥吹剑珹鏈和B鏈的相關(guān)性很高，其相關(guān)系數(shù)為0.81，這表明模擬分析方法可靠。圖5B給出了模擬計(jì)算得到的B因子與X-ray實(shí)驗(yàn)所得B因子的相關(guān)性。一般來(lái)說(shuō)，體系較大的RMSF和B因子均可用于說(shuō)明相應(yīng)的殘基部分圖4體系B鏈和D鏈Cα原子的方均根漲落分布Fig.4RMSFdistributionoftheCαatomsinchainBandchainD.
本文編號(hào)：2911163
【文章來(lái)源】：生物工程學(xué)報(bào). 2016年05期 第669-682頁(yè) 北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：14 頁(yè)
【部分圖文】：
FAM的分子結(jié)構(gòu)
ibitor1DY82.40DimerNS3:A1M175,NS4A:G221S232Linearinhibitor1DY92.10DimerNS3:A1M175,NS4A:G221S232Linearinhibitor,zincion1DXP2.40DimerNS3:A1M175,NS4A:G221S232Glycerol,zincionDuetothemissingresiduesinthemonomerofNS3orNS4A,thedatapresentedinthetableistherelativelycompleteone.后的勢(shì)能平均值為–4.26×105kJ/mol，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2000kJ/mol，波動(dòng)范圍小于0.47%。由于模擬體系較大，共含有15614個(gè)原子，波動(dòng)對(duì)結(jié)果的影響不大，可以忽略�？梢�(jiàn)，HCVNS3/4APR和FAM的復(fù)合物結(jié)構(gòu)在模擬過(guò)程中維持穩(wěn)定可靠。圖2體系勢(shì)能隨時(shí)間的變化Fig.2Potentialenergyofthesystemversussimulationtime.圖3A給出了PR分子中A鏈、B鏈、C鏈和D鏈主鏈Cα原子的方均根偏差(Rootmeansquaredeviation，RMSD)隨時(shí)間的變化。從圖3A可以看出，蛋白酶在400ps后基本趨于平穩(wěn)。A、B鏈的RMSD高于C、D鏈。經(jīng)計(jì)算，A鏈RMSD為(0.125±0.020)nm、B鏈RMSD為(0.117±0.017)nm、C鏈和D鏈分別為(0.062±0.019)nm和(0.060±0.017)nm。說(shuō)明C、D鏈較A、B鏈穩(wěn)定。這與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，A、B鏈較長(zhǎng)，含177個(gè)氨基酸殘基，為蛋白酶的主體部分，大部分暴露在溶劑中，更易受到溶劑的影響；而C、D鏈僅含12個(gè)氨基酸，分別結(jié)合與A、B鏈外側(cè)的結(jié)合口袋中，受到口袋內(nèi)氨基酸殘基的牽制作用，穩(wěn)定性較好。圖3B給出了體系整體主鏈Cα原子、配體FAM的ligand分子的RMSD隨時(shí)間的變化。與圖3A對(duì)比發(fā)現(xiàn)兩個(gè)小分子的RMSD值在模擬
ISSN1000-3061CN11-1998/QChinJBiotechMay25,2016Vol.32No.5http://journals.im.ac.cn/cjbcn674過(guò)程中基本趨于平衡，經(jīng)計(jì)算，ligand的RMSD為(0.173±0.024)nm，無(wú)較大波動(dòng)。表明FAM穩(wěn)定地結(jié)合在活性口袋中。而體系整體的RMSD數(shù)值則維持在較高位置，這可能是由于復(fù)合物分子較大，通過(guò)兩分子FAM相互作用，形成二聚體結(jié)構(gòu)，故在模擬過(guò)程中分子內(nèi)有著較為顯著的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，4條鏈的相對(duì)位置及角度有較大變化。圖3蛋白質(zhì)體系中Cα原子與FAM方均根偏差隨時(shí)間的變化Fig.3RMSDoftheCαatomsintheproteinicsystemandFAMversussimulationtime.圖4給出了復(fù)合物分子中蛋白酶B鏈和D鏈的主鏈Cα方均根漲落(Rootmeansquarefluctuation，RMSF)分布。由于體系為二聚體結(jié)構(gòu)，為簡(jiǎn)化分析運(yùn)算，此處僅分析B鏈和D鏈。從圖4中可以看到4個(gè)區(qū)域的漲落較大，分別是P96S101、P115R119、R123L126、V158V163。通過(guò)VMD觀察這4個(gè)區(qū)域在水中模擬的運(yùn)動(dòng)軌跡，發(fā)現(xiàn)P96S101段和P115R119段是兩個(gè)loop區(qū)，暴露在水中，與周?chē)臍埢饔幂^弱，所以柔性較大；R123L126段和V158V163段則是兩個(gè)β折疊片，均與FAM結(jié)合部位相近。較大的運(yùn)動(dòng)幅度可能是受到了小分子的影響。D鏈僅有較小的漲落出現(xiàn)，說(shuō)明其柔性較校圖5A給出了晶體結(jié)構(gòu)中蛋白酶A鏈和B鏈溫度因子(B-factor，B因子)的自相關(guān)性�？梢钥吹剑珹鏈和B鏈的相關(guān)性很高，其相關(guān)系數(shù)為0.81，這表明模擬分析方法可靠。圖5B給出了模擬計(jì)算得到的B因子與X-ray實(shí)驗(yàn)所得B因子的相關(guān)性。一般來(lái)說(shuō)，體系較大的RMSF和B因子均可用于說(shuō)明相應(yīng)的殘基部分圖4體系B鏈和D鏈Cα原子的方均根漲落分布Fig.4RMSFdistributionoftheCαatomsinchainBandchainD.
本文編號(hào)：2911163
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