晶狀體蛋白系統短程無序性形成機制的分子模擬研究

《晶狀體蛋白系統短程無序性形成機制的分子模擬研究》是依託中國科學院力學研究所，由韋佳辰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：晶狀體蛋白系統短程無序性形成機制的分子模擬研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：韋佳辰
• 依託單位：中國科學院力學研究所

項目摘要

白內障是世界範圍內首位致盲性眼病，也是在醫療界內被廣泛關注的重點病症。普遍認為，在大分子擁塞環境中，由分子變異所導致的晶狀體蛋白膠粒間相互作用力變化會破壞系統中蛋白分子的短程有序分布，使大量蛋白出現凝聚及交聯，並最終導致晶狀體渾濁，也即白內障。由於難以開展相應活體實驗，目前針對晶狀體蛋白系統短程無序性形成機制的研究仍處於探索階段。本申請項目將以白內障形成的分子機制為研究重點，擬通過粗粒化分子動力學模擬及定標粒子理論計算，研究晶狀體蛋白體系的相分離線、逾滲線、化學活性係數以及滲透壓，以分析蛋白系統出現短程無序性的物理本質。首先，分子模擬研究晶狀體蛋白的結構特性；其次，分子模擬研究晶狀體蛋白的逾滲相變規律及系統相應結構變化，計算晶狀體蛋白系統的逾滲線；最後，利用定標粒子理論計算晶狀體蛋白的熱力學穩定性。通過以上研究，為白內障形成的微觀機制提供理論解釋，同時為將來疾病預防及藥物治療提供指引。

結題摘要

在大分子擁塞環境中，由分子變異所導致的晶狀體蛋白質單體間相互作用力變化會破壞系統中蛋白質的短程有序分布，使蛋白質出現凝聚及交聯，進而產生病變。項目旨在明確蛋白質凝聚的分子機制及系統出現短程無序性的物理本質。通過結合粗粒化分子動力學模擬及定標粒子理論研究球狀蛋白質體系的相行為、自由能、結構及動力學特性。首先，獲得晶狀體蛋白質在凝聚發生前後的結構特性及自由能變化規律。基於鍵合模型及熱力學微擾模型計算出擁塞環境下單元系晶狀體蛋白質的滲透壓，與實驗結果進行擬合給出晶狀體蛋白質表面結合位點數目。其次，闡明球狀蛋白質膠粒的逾滲相變規律及系統相應結構變化。給出了單元系蛋白質膠粒的逾滲線。通過引入鍵合機率，發現不同相互作用勢下球狀蛋白質系統的鍵合型逾滲相變線及鍵合型平均配位數等值線在相圖中均退化為Baxter黏性極限時的結果。最後，給出蛋白質溶質在界面處的短程非均勻分布特性。發現蛋白質膠粒在非均勻且親水基底表面的吸附穩定性極高，但在均勻基底表面出現與基底疏水性成正比的滑移。相關研究結果為晶狀體蛋白質凝聚形成的微觀機制提供一種合理解釋，同時為未來基於微-納流控晶片的蛋白質凝聚類疾病的體外檢測和早期治療提供理論基礎和數據支持。