论文部分内容阅读
本研究围绕细菌丝氨酸水解酶ClpP开展分子动力学模拟与药物设计研究,阐明了ClpP构象变化与水解功能关联的分子机制,并以此机制为基础,首次发现了四种ClpP小分子激动剂. ClpP是细菌中关键的水解酶,负责维持细菌体内蛋白质的稳态,对维系细菌的致病力起着关键作用,因而成为一类针对新机制的抗菌靶标.在本研究中,基于合作者获得金黄色葡萄球菌ClpP (SaClpP)的两种晶体结构1：Extended伸展构型和Compressed构型,我们采用长时间分子动力学模拟分析了SaClpP的动态行为,阐明了SaClpP构象变化的具体路径和驱动力2.首先,发现SaClpP在这两种构象间的动态变化由R171_D170氢键网络和E137氢键网络所调控,前者可以稳定伸展的构象,后者负责稳定压缩的构象.进而,运用分子动力学模拟捕捉到了SaClpP在两种构象间转化的中间态Compact构型,该构型被合作者后续的晶体结构所证实.进一步,我们通过理论模拟预测了构象变化过程中的数个重要残基(如A140、E137等),并为后期突变实验所证实.最终,通过理论模拟与实验验证结合,本研究阐明了SaClpP的动态调控机制：多肽底物进入ClpP空腔后被催化位点降解,降解产物在活性中心的积累造成局部分子间相互作用方式的改变,引起活性位点残基构象的变化,进而传递到附近的R171_D170网络,使得该网络中的相互作用也遭到破坏,Extended构型不能保持稳定,逐渐转变成Compressed构型,该构型被E137网络所稳定.在构象转化过程中,Extended构型中的Helix E通过解旋/再折叠的过程向Compressed构型转化,A140在Helix E上扮演了一个"转轴"的角色.在深入探索机理研究的基础上,我们开展了基于受体的药物设计研究,结合生物实验验证,首次发现四类活性较好的小分子激动剂.由于ClpP蛋白在不同细菌中高度保守,本研究的研究结果对ClpP家族其它成员的结构及机制研究具有重要的参考意义,发现的小分子也为开展基于抗致病力的新型抗菌药物研究提供了活性物质基础.