转录因子是一种具有序列特异性的DNA结合蛋白。随着蛋白质晶体解析技术的飞速发展,已经积累了大量的转录因子核酸复合物晶体结构,但这些结构数据仍不足以解释转录因子-核酸复合物稳定性动态变化的机制。大量实验研究表明,金属离子和基因突变会影响转录因子和核酸结合的稳定性。因此,研究金属离子和基因突变在转录因子蛋白-DNA相互作用过程中的识别和调控机理具有重要意义,也使这一领域成为表观遗传学的研究热点。通过文献调研和晶体结构数据搜索,本研究最终选取了c AMP响应元件结合蛋白/c AMP响应元件(CREB/CRE)复合物作为研究镁离子效应的体系,确定了WRKY/W-box复合物作为研究基因突变效应的体系。通过比较不同体系中镁离子的缺失和核酸上基因突变对转录因子与核酸复合物稳定性的影响,研究转录因子和核酸的调控机制。为此,首先对所选体系进行了长时间的分子动力学模拟,然后分别从均方根偏差、均方根波动、回旋半径、溶液可及表面积、氢键、DNA结构参数、蛋白质相对构象和结合自由能等角度进行了分析和系统比较,主要进行了以下几方面的研究工作:1、以CREB与CRE复合物为例,研究了镁离子对转录因子CRE蛋白与DNA相互作用的影响机制。结果表明当复合物系统中存在镁离子时,在蛋白质和DNA的接触界面上形成的氢键数量显著增加,而且DNA结构发生明显变化。镁离子因为静电相互作用,减小了CRE内大沟的宽度,导致CREB能更好的特异性结合CRE,使CREB/CRE复合物具有更高的稳定性。2、以WRKY与W-box复合物为例,研究了核酸基因突变对转录因子WRKY蛋白与DNA相互作用的影响机制。结果表明使用U碱基替换24位点的T碱基后,降低了WRKY蛋白结构的紧凑性,减少了蛋白质和DNA界面处产生的氢键数量和占有率,从而降低了WRKY/W-box复合物的稳定性。最后,通过分子力学泊松-波尔兹曼表面积方法计算得到的结合自由能变化,验证了这一结果。本研究为理解转录因子蛋白-核酸相互作用机制提供了相应的分子模型,对理解真核生物转录因子调控机制具有一定的启发意义。