HCV NS3/4A蛋白酶與Faldaprevir類似物的分子識別機制及其復(fù)合物運動模式
發(fā)布時間：2020-12-11 20:19
Faldaprevir類似物（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。通過生物信息學(xué)統(tǒng)計分析了已報道的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FAM-HCV NS3/4A蛋白酶復(fù)合物進行了20.4 ns的分子動力學(xué)模擬,重點從氫鍵和結(jié)合自由能兩個角度分析了二者分子識別中的關(guān)鍵殘基及結(jié)合驅(qū)動力。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)動力,這與實驗數(shù)據(jù)較為吻合。耐藥性突變實驗分析了R155K、D168E/V和V170T定點突變對FAM分子識別的影響,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)象聚類兩個方法探討了體系的構(gòu)象變化,給出體系的4種優(yōu)勢構(gòu)象,為后續(xù)的基于HCV NS3/4A蛋白酶結(jié)構(gòu)的Faldaprevir類似物抑制劑分子設(shè)計提供一定的理論幫助。
【文章來源】：生物工程學(xué)報. 2016年05期 第669-682頁 北大核心
【文章頁數(shù)】：14 頁
【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.后的勢能平均值為–4.26×105kJ/mol，標準偏差為2000kJ/mol，波動范圍小于0.47%。由于模擬體系較大，共含有15614個原子，波動對結(jié)果的影響不大，可以忽略。可見，HCVNS3/4APR和FAM的復(fù)合物結(jié)構(gòu)在模擬過程中維持穩(wěn)定可靠。圖2體系勢能隨時間的變化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，含177個氨基酸殘基，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隨時間的變化。與圖3A對比發(fā)現(xiàn)兩個小分子的RMSD值在模擬
ISSN1000-3061CN11-1998/QChinJBiotechMay25,2016Vol.32No.5http://journals.im.ac.cn/cjbcn674過程中基本趨于平衡，經(jīng)計算，ligand的RMSD為(0.173±0.024)nm，無較大波動。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，通過兩分子FAM相互作用，形成二聚體結(jié)構(gòu)，故在模擬過程中分子內(nèi)有著較為顯著的相對運動，4條鏈的相對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)，為簡化分析運算，此處僅分析B鏈和D鏈。從圖4中可以看到4個區(qū)域的漲落較大，分別是P96S101、P115R119、R123L126、V158V163。通過VMD觀察這4個區(qū)域在水中模擬的運動軌跡，發(fā)現(xiàn)P96S101段和P115R119段是兩個loop區(qū)，暴露在水中，與周圍的殘基作用較弱，所以柔性較大；R123L126段和V158V163段則是兩個β折疊片，均與FAM結(jié)合部位相近。較大的運動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�，A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給出了模擬計算得到的B因子與X-ray實驗所得B因子的相關(guān)性。一般來說，體系較大的RMSF和B因子均可用于說明相應(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：2911163
【文章來源】：生物工程學(xué)報. 2016年05期 第669-682頁 北大核心
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【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.后的勢能平均值為–4.26×105kJ/mol，標準偏差為2000kJ/mol，波動范圍小于0.47%。由于模擬體系較大，共含有15614個原子，波動對結(jié)果的影響不大，可以忽略。可見，HCVNS3/4APR和FAM的復(fù)合物結(jié)構(gòu)在模擬過程中維持穩(wěn)定可靠。圖2體系勢能隨時間的變化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，含177個氨基酸殘基，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隨時間的變化。與圖3A對比發(fā)現(xiàn)兩個小分子的RMSD值在模擬
ISSN1000-3061CN11-1998/QChinJBiotechMay25,2016Vol.32No.5http://journals.im.ac.cn/cjbcn674過程中基本趨于平衡，經(jīng)計算，ligand的RMSD為(0.173±0.024)nm，無較大波動。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，通過兩分子FAM相互作用，形成二聚體結(jié)構(gòu)，故在模擬過程中分子內(nèi)有著較為顯著的相對運動，4條鏈的相對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)，為簡化分析運算，此處僅分析B鏈和D鏈。從圖4中可以看到4個區(qū)域的漲落較大，分別是P96S101、P115R119、R123L126、V158V163。通過VMD觀察這4個區(qū)域在水中模擬的運動軌跡，發(fā)現(xiàn)P96S101段和P115R119段是兩個loop區(qū)，暴露在水中，與周圍的殘基作用較弱，所以柔性較大；R123L126段和V158V163段則是兩個β折疊片，均與FAM結(jié)合部位相近。較大的運動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�，A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給出了模擬計算得到的B因子與X-ray實驗所得B因子的相關(guān)性。一般來說，體系較大的RMSF和B因子均可用于說明相應(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.
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