《ABC轉運體蛋白轉運機理的分子模擬研究》是依託復旦大學，由王文寧擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：ABC轉運體蛋白轉運機理的分子模擬研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王文寧
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以ABC（ATP-binding Cassette）轉運體蛋白為對象，結合簡振模式分析(normal mode analysis)，目標分子動力學模擬(Targeted Molecular dynamics)，導向分子動力學模擬(Steered Molecular Dynamics)等理論方法，研究ABC轉運體在底物轉運過程中的構像變化動力學，側鏈相互作用，核苷分子、底物與轉運體的相互作用等性質。闡釋ABC轉運體中ATP的水解與跨膜結構域(TMD)的底物轉運之間的構像耦合關係，核苷分子和底物對轉運體蛋白構像變化的影響，從而揭示轉運過程的分子機制。通過對五種輸入體(BtuCD,HI1470/1,ModBC,MetNI,MalFGK2)和二種輸出體蛋白(Sav1866,MsbA)轉運機理的比較研究，給出ABC轉運體轉運機制的完整圖像。
結題摘要
本項目綜合運用多層次，多尺度的分子模擬方法，對轉運體蛋白家族的多個ABC轉運體和RND轉運體的構象變化動力學和轉運機制進行了系統的研究。在對II型ABC輸入體蛋白BtuCD的研究中，我們通過簡正模式分析分別研究了BtuCD處於不同構象狀態時的構象柔性，揭示了結構域之間的構象運動耦合關係。同時通過目標分子動力學模擬研究了轉運循環中構象變化的時空次序。發現核苷結合結構域的打開是轉運底物進入細胞的觸發機制，跨膜區構象轉換過程中底物轉運通道外側首先關閉，經過一個兩端閉合的中間狀態，這一構象變化次序解釋了BtuCD有效防止底物反向擴散的機制。對I型ABC輸入體，麥芽糖輸入體MalFGK的分子動力學模擬研究發現ATP和底物結合蛋白MalE均能促使麥芽糖輸入體面向內構象向面向外構象的轉變，為解釋實驗研究中相互矛盾的現象提供了線索。對甲硫氨酸輸入體MetNI的模擬研究發現了底物甲硫氨酸的結合使蛋白構象運動受限，核苷結合結構域難以達到雙聚閉合狀態，揭示了MetNI底物轉運抑制的微觀機制。運用目標分子動力學模擬考察了ABC輸出體蛋白MsbA由面向外到面向內構象變化的過程，揭示了構象變化的時空次序以及MsbA輸出體單向運輸底物的分子機制，發現NBD區域保守的x-loop對穩定跨膜區細胞內側的四螺旋束結構起關鍵作用。在對RND家族轉運體複合物AcrAB-TolC的研究中，構建了複合物結構模型，運用正則模式分析揭示了複合物中各部分的構象運動耦合關聯，闡明了AcrB三聚體形式對功能的重要意義。對轉運複合物中AcrA的分子動力學模擬研究解釋了pH對構象運動調控的微觀機制。通過平均力勢的計算，給出了不同底物通過TolC通道的自由能變化曲線，發現TolC的轉運機制是底物依賴的，TolC蛋白的構象變化以及底物和TolC的相互作用是決定底物轉運自由能的主要因素。本項目t通過結合不同層次的計算模擬方法，克服了傳統分子動力學模擬在描述大範圍構象變化時的困難，對多個轉運體蛋白的構象變化和功能關係進行了有益的探索，增進了人們對轉運體蛋白轉運功能的微觀機理的認識。共發表SCI論文12篇。
