多肽TAP親和活性預測與分子模擬研究.pdf

1、抗原加工轉運蛋白(Transporter associated with antigen processing, TAP)隸屬于ABC轉運蛋白(ATP-binding cassette, ABC)家族，其主要生理功能是將細胞質(zhì)中蛋白酶體降解的多肽片段在ATP的驅動下轉運至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，并參與抗原肽-人類白細胞抗原(Human leukocyte antigen, HLA)復合物的組裝過程。研究發(fā)現(xiàn)：TAP與多種人類疾病的發(fā)生密切相關，如自身

2、免疫性疾病(如Ⅰ型糖尿病)、腫瘤和病毒感染等。因此，TAP結構-功能關系以及轉運機理研究對于探索細胞免疫、病毒逃逸與腫瘤發(fā)生機理等均具有重要的理論意義。然而，由于缺乏TAP三維晶體結構，其結構-功能關系及轉運機理至今尚不清楚。
　　隨著計算機技術的飛速發(fā)展，計算生物學方法與技術已經(jīng)成為生命科學領域的一種重要研究方法，如定量構效關系(Quantitative structural-activity relationship, QSA

3、R)、同源模建(Homology modeling)、分子對接(Molecular docking)和分子動力學(Molecular dynamics, MD)等。本文采用上述方法，針對多肽TAP親和活性與選擇特異性、ATP水解與TAP構象偶聯(lián)以及TAP結構-功能關系等方面進行了探索性研究，并取得了階段性研究成果。
　　①應用VHSE(Principal component score vector of hydrophobic,

4、 steric, and electronic properties)氨基酸描述子對613個抗原9肽進行結構表征，在此基礎上采用支持向量回歸(Support vector regression, SVR)成功建立了多肽TAP親和活性預測模型，最優(yōu)線性支持向量機模型的R2、Q2和 R2ext分別為0.7386、0.7270和0.6057。結果表明：1)電性為影響TAP親和活性的首要因素，其次是立體和疏水性質(zhì)；2)底物9肽的P1(N-端)、

5、P2、P7和P9(C-端)位氨基酸物化性質(zhì)對TAP親和活性有重要影響，而P3、P4、P5和P6位對模型貢獻相對較小，P8位則與活性無關。依據(jù)最優(yōu)模型對模擬點突變9肽的TAP親和活性預測結果，同時結合變量載荷分析，對TAP的底物選擇特異性進行了分析和總結。
　　②為探索ATP水解與TAP-NBD構象變化的偶聯(lián)關系，論文以TAP1-NBD晶體結構為模板，構建了4種核苷酸結合構象，即ATP/ATP、ATP/ADP、ADP/ADP和NO

6、ATP，并分別進行了80 ns的分子動力學模擬研究。結果顯示：對于ATP/ATP結合構象，NBD的重要結構域以及保守氨基酸殘基間的距離相對穩(wěn)定，NBD1-NBD2以及ATP-NBD間的氫鍵相互作用對維系構象的穩(wěn)定有重要作用；對于ATP/ADP結合構象，除結合ADP位點中A-loop與C-loop的距離增加外，其他結構域間的距離均不同程度減小；對于ADP/ADP結合構象，所有重要結構域間的距離均增加；而對于NO ATP結合構象，距離均減小

7、。以上研究結果表明：當NBD結合2個ATP時，可形成相對穩(wěn)定的二聚體結構；ATP水解可引起NBD的A-loop和α螺旋亞結構域(不包括C-loop)的構象改變。當NBD結合ATP/ADP或NO ATP時，NBD1-NBD2接觸表面相互作用更加復雜，ATP結合位點仍結合緊密，甚至進一步二聚化；而當NBD結合2個ADP，即ATP全部水解時，2個結合位點均處于開放狀態(tài)，表明在底物轉運過程中，ATP水解后僅釋放出磷酸基團，生成的ADP仍保留在結

8、合位點中。研究結果暗示：TAP在底物轉運過程中ATP水解過程與“開關”模型基本一致。
　?、垡?個ABC轉運蛋白晶體結構作為TAP模板分子，構建了4個TAP分子模型，并采用PROCHECK、WHAT_CHECK和ERRAT等方法對上述模型進行質(zhì)量評價。在此基礎上，利用上述模型對TAP轉運底物前后的構象變化進行了比較研究。結果顯示：基于P-gp和TM0287/0288構建的3個TAP模型接近底物轉運前的初始構象；而基于Sav1866

9、構建的TAP模型則接近底物轉運后的構象?；谏鲜?種不同構象和多序列比對結果，對TMD結構域中的保守氨基酸殘基的功能進行了細致的分析。研究表明：TAP的TMH2與TMH5間的π-π堆積作用以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)側的TAP-ELs間的相互作用均與底物轉運過程中跨膜螺旋構象的改變密切相關。此外，結合相關實驗研究結果，對TAP結合和轉運底物起關鍵作用的氨基酸殘基進行了分析和討論。
　?、芤曰赑-gp和TM0287/0288構建的3個TAP模型為受

10、體模型，具親和活性的參考9肽(RRYQKSTEL)為配體，采用Surflex-Dock分子對接方法對底物與TAP結合口袋的作用模式進行了探索性研究。初步研究結果顯示：9肽以一種相對扭曲的構象與 TAP結合口袋相互作用，其 N端和 C端殘基間的距離約為2.2 nm。以TM0287/0288為模板的受體模型對接結果表明：參考9肽的N端和C端相對固定，分別與TAP負電性口袋pocket1和(或)pocket2以及正電性口袋pocket3和(或

11、)pocket4發(fā)生相互作用。以P-gp為模板的受體模型對接結果顯示：9肽C端可與pocket3發(fā)生相互作用，而由于結合口袋間的距離過大導致9肽N端不能與pocket1和(或)pocket2結合，表明該受體模型可能不適合底物多肽的結合。研究結果暗示：底物多肽與TAP結合時，其N端和C端可能相對固定，并分別與電性結合口袋發(fā)生相互作用，而中間區(qū)域的構象則相對扭曲。
　　隨著跨膜蛋白的結構測定技術和相關計算機分子模擬技術的不斷改進，將極