《外膜蛋白組裝複合體（Bam）結構與功能的綜合計算研究》是依託吉林大學，由田圃擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：外膜蛋白組裝複合體(Bam)結構與功能的綜合計算研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：田圃
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
雜聚膜蛋白複合體承擔著細胞內外特定物質輸運和信號傳導的功能，也是眾多現有藥物和新藥開發的靶點。由於它們結構不對稱的特點和高精度結構實驗解析的困難，人們對其結構及功能的了解遠遠不能和它們在生物醫藥科學中的重要性匹配。由外膜蛋白組裝複合體BAM組裝的很多外膜蛋白都與細菌的生理、致病和抗藥性有著緊密聯繫，理清其工作機理對開發新一代抗生素有重要意義。本研究將以Bam組成蛋白的高精度實驗結構為基礎，對它們的構象空間進行詳細的分析，結合現有組成蛋白間相互作用的實驗數據，通過基於構象組的蛋白對接建立該複合體的結構模型，提出並且由合作方實驗驗證特定的蛋白質相互作用位點和關鍵構象變化，在此基礎上進一步完善結構模型，研究該複合體和底物EspP、OmpT及分子伴侶SurA之間的相互作用，對目前假設的各種Bam工作機理進行評價，揭示其完成外膜蛋白組裝尚未被發現的可能機理，提出比較完整的Bam功能模型。
結題摘要
外膜蛋白組裝複合體（Bam）的生物學在迅速的發展，最近研究表明Bam除了負責組裝普通的外模beta桶蛋白（OMP）以外，也參與到外膜脂蛋白和自運輸蛋白（autotransporters）的組裝過程。在自然科學基金面上項目31270758的資助下，我們對Bam複合體組成蛋白BamA，B，C，D and E 進行了大規模的分子動力學模擬並產生了多微秒級的全原子軌跡。我們對複合體的核心蛋白BamA也進行了超過十微秒的粗粒化分子動力學模擬。BamA的主成分分析顯示了該蛋白的五個PORTRA結構域可能的幾種運動模式，其中的部分和實驗觀察到的BamA的構象變化定性一致。基於此，我們進行了基於模擬系宗的對接研究，以這些對接設計的實驗結果為陰性，也和2016年發表的Bam複合體的結構不一致，我們的諸多努力也沒有能夠實現由組分蛋白對接構建動態複合體的目標。在這些挫折下，我們轉而對目前的自由能計算方法進行了仔細的反思，在對多個蛋白質分子大規模分子動力學軌跡的總結下，我們對複雜分子體系的自由能計算在理論上提出了通過構象空間離散化和慣序蒙特卡洛重要性採樣對構象空間中任意兩個區域統計權重進行高效比較的算法，該算法同目前所有嚴謹自由能算法的區別是不要求參與對比的區域在構象空間中分別嚴格連續。另外，目前的蛋白質分子的預測性算法（對接，摺疊和設計）中，由於對蛋白質內部自由度關聯理解的局限而不能充分利用這些關聯提高預測的起點。我們首先對人們廣泛用來表征關聯的線性相關和非線性相關進行了定量比較。通過對多個蛋白質大規模分子動力學軌跡的分析，我們發現長距離相關主要以非線性貢獻為主，引起非線性相關的分子運動主要是二面角扭轉狀態的改變。另外扭轉自由度的三階關聯即使在二級結構以內也非常重要。我們將以這些原始創新理論為基礎，開發下一代高效可靠的蛋白質分子結構與構象變化預測算法，進一步闡明Bam 體系在不同生物學功能中的分子機理，同時也為分子生物學，新藥開發等領域提供廣泛的便利。
