转录是基因表达的第一步,由于蛋白-蛋白、蛋白-DNA之间的相互作用,以及一些复杂大分子复合物的形成,导致真核生物转录水平的调控是一个多级的复杂过程。转录因子TF(Transcription factor)作为一种序列特异性的DNA结合蛋白,能通过结合到顺式元件中的启动子和增强子中,从而控制遗传信息从DNA到mRNA的转录速率。众多实验研究表明,DNA甲基化(DNA methylation)能动态调控这一结合过程,进而调控基因的打开或关闭,保证它们的正确表达。同时,DNA甲基化水平也与人类发育和肿瘤疾病密切相关。因此,研究DNA甲基化在TF-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和表观基因组学的研究热点。随着深度测序等技术的快速发展,当前在不同生物过程和种族中已经累积了大量的DNA甲基化数据,但这些数据仍不能解释DNA甲基化水平动态变化的机制,表型领域中DNA甲基化和生理结果之间的因果关系仍然是个挑战性问题。要理解其中的分子机制,需要采用分子模拟的方法。当前的计算机技术和力场精度使得分子动力学已经可以实现对生物分子大体系进行长时间的模拟采样,利用分子模拟技术来探讨甲基化对蛋白-核酸相互作用的动态调控机制也成为了一种可行的研究方案。因此,本课题选择了分子动力学的模拟方法来研究甲基化对蛋白-核酸相互作用的调控机制。经过文献调研和晶体结构数据搜索,论文最终选取了bZIP家族转录因子作为研究体系本论文的研究思路为,通过比较不同位置单甲基化位点和对称双甲基化位点对转录因子与核酸相互作用的影响,研究5mC甲基化的调控机制。为此,首先对所选体系进行了长时间、多轨迹的动力学模拟(总模拟时间达到微秒量级),然后分别从结合自由能、熵焓互补、氢键、RMSF、DNA结构参数、蛋白质相对构象和空间位阻效应等各个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C/EBP?转录因子结合DNA为例,研究了单位点甲基化(5mCpG)对转录因子与DNA相互作用的影响机制。2、以Jun/Jun同源二聚体与DNA结合物为例,研究了不同位置单位点、双位点甲基化对转录因子与DNA相互作用的影响机制。3、在上述两方面研究中,由于发现分子动力学方法对自由能的评估精度太低,需要采用量子力学方法开展相关研究。因此,采用从头算动力学方法以氧气激活过程为例开展了探索性的方法测试。