朊蛋白误折叠机理的多尺度动力学模拟研究

批准号:
21503132
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
高雅
依托单位:
学科分类:
B0302.化学模拟与应用
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
卢晨晖、王美婷、李鹏飞、汪林林、吴健威
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中文摘要
朊蛋白的误折叠会导致多种中枢神经系统疾病。由于实验手段的不足,分子动力学模拟已成为研究朊蛋白误折叠机制的主要手段。但受到模拟时间及分子力场精度的限制(缺乏静电极化效应且具有不同程度的二级结构倾向性),朊蛋白误折叠机制的理论研究仍面临很多困难。申请人在博士期间发展了包含静电极化效应和采用二维傅立叶展开表达主链二面角势能项的分子力场(AMBER2DP),提高了分子力场的精度。本项目将在前期工作的基础上,采用多尺度动力学模拟来研究朊蛋白的误折叠机制,主要开展以下三方面工作:1)基于AMBER2DP力场,采用全原子分子动力学模拟研究朊蛋白误折叠初期各个结构域的构象变化,解决不同研究组对此的争议。2)研究H1结构域、关键残基对朊蛋白误折叠的影响。3)结合粗粒化模型和基于AMBER2DP的全原子动力学模拟研究朊蛋白的误折叠路径并预测其致病构象的结构。本项目有望为朊蛋白的误折叠机制提供全面且深入的解释。
英文摘要
The misfolding of prion protein can lead to a vast of neurodegenerative diseases. Due to the deficiency of experiments in spatial resolution, molecular dynamics simulation has become an important method to investigate the mechanism of its conformational change and misfolding. However, it still faces some problems due to the limit of simulation time and the accuracy of current force fields (the lack of electrostatic polarization effect and unbalanced secondary structure distribution). In our previous work, we proposed AMBER2DP force field by incorporating polarization effect and utilizing a set of two-dimensional Fourier series for main chain torsions, which has been proved to improve the accuracy of current force field. This project aims to utilize multiscale molecular dynamics simulations to investigate the mechanism of the misfolding of prion protein based on our preliminary work, mainly in the following three aspects: 1) To investigate the conformational change of different domains of prion protein utilizing all-atom molecular dynamics simulation with AMBER2DP force field, solving the conflicts among different groups. 2) To study the function of H1 domain and some key residues for the protein misfolding. 3) To describe the misfolding pathway of prion protein and to predict the possible structure of misfolded prion protein with coarse grained and all atom molecular dynamics simulaions. This work can provide a comprehensive and deepgoing knowledge of the misfolding of prion protein.
朊蛋白 (Prion Protein,PrP) 普遍存在于哺乳动物中,行使着重要的生理功能,如作为跨膜转运载体,参与信号传导和基因调控等。朊蛋白的误折叠会导致多种中枢神经系统疾病。由于PrPSc高度不溶,并且会迅速地堆积成纤维状斑块,目前尚无法采用X射线晶体衍射(X-ray), 核磁共振(NMR)等高精度的方法对其进行研究。分子动力学模拟已成为研究朊蛋白误折叠机制的主要手段。但受到模拟时间以及分子力场精度的限制(缺乏静电极化效应且具有不同程度的二级结构倾向性),朊蛋白误折叠机制的理论研究仍面临很多困难。本项目中,我们基于前期发展的包含静电极化效应和采用二维傅里叶展开表达主链二面角势能项的分子力场(AMBER2DP),采用多尺度动力学模拟(粗粒化/全原子)来研究朊蛋白误折叠初期各个结构域的构象变化,关键残基对朊蛋白误折叠的影响,以及朊蛋白误折叠路径及可能的致病构象的结构。本项目中,我们详细地对一系列AMBER分子力场描述规则蛋白体系折叠的准确性进行评估;并对AMBER2D-ildn分子力场描述无序蛋白体系准确性进行评估。最后,我们基于AMBER2Dp力场,采用全原子的分子动力学模拟来研究朊蛋白误折叠初期,其各个结构域的变化机制,解决由于力场精确性不足导致的不同研究组间关于朊蛋白误折叠初期构象变化机制的争议;并将粗粒化模型和AMBER2Dp力场相结合,研究朊蛋白误折叠路径并预测PrPSc可能存在的三维结构,最后为朊蛋白误折叠机制提供一个完整和深入的解释。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Evaluation of the Coupled Two-Dimensional Main Chain Torsional Potential in Modeling Intrinsically Disordered Proteins
本质无序蛋白质建模中耦合二维主链扭转势的评估
DOI:10.1021/acs.jcim.6b00589
发表时间:2017-02-01
期刊:JOURNAL OF CHEMICAL INFORMATION AND MODELING
影响因子:5.6
作者:Gao, Ya;Zhang, Chaomin;Mei, Ye
通讯作者:Mei, Ye
DOI:10.1016/j.cplett.2018.07.014
发表时间:2018-08
期刊:Chemical Physics Letters
影响因子:2.8
作者:Ya Gao;T. Zhu;Chaomin Zhang;J. H. Zhang;Y. Mei
通讯作者:Ya Gao;T. Zhu;Chaomin Zhang;J. H. Zhang;Y. Mei
Exploring drug-resistant mechanisms of I84V mutation in HIV-1 protease toward different inhibitors by thermodynamics integration and solvated interaction energy method
利用热力学积分和溶剂化相互作用能法探讨HIV-1蛋白酶I84V突变对不同抑制剂的耐药机制
DOI:10.1016/j.cplett.2018.06.040
发表时间:2018-08-16
期刊:CHEMICAL PHYSICS LETTERS
影响因子:2.8
作者:Gao, Ya;Zhu, Tong;Chen, Jianzhong
通讯作者:Chen, Jianzhong
A test of AMBER force fields in predicting the secondary structure of α-helical and β-hairpin peptides
AMBER 力场预测 α 螺旋和 β 发夹肽二级结构的测试
DOI:10.1016/j.cplett.2017.04.074
发表时间:2017-07-01
期刊:CHEMICAL PHYSICS LETTERS
影响因子:2.8
作者:Gao, Ya;Zhang, Chaomin;Zhu, Tong
通讯作者:Zhu, Tong
MinE蛋白构象激活机制的理论研究
- 批准号:22373065
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50.00万元
- 批准年份:2023
- 负责人:高雅
- 依托单位:
国内基金
海外基金
