2011年8月-Discovery Studio文献参考

时间:2014-04-24


Aptamer-gp120复合物模型的构建——HIV-1病毒中和机制的研究

      人类免疫缺陷病毒I型(HIV-I)感染所致的获得性免疫缺陷综合症(AIDs)在全球范围内仍然是危害人体健康的重大疾病。针对该疾病的治疗目前已经发展出了一种新型的治疗策略——抑制病毒入胞药物的研发。HIV-1病毒的感染在很大程度上依赖于病毒表面的一种糖蛋白gp120。HIV-1 gp120参与了病毒入胞的过程,它以三聚体的形式附着在HIV-1病毒表面并通过与宿主细胞受体CD4结合等一系列过程介导病毒质膜与宿主细胞膜的融合从而导致病毒入胞。适体(aptamer)技术是目前一种比较有前景的用于阻止HIV-1感染及治疗感染个体的方法。适体即一小段核酸分子,可以结合于几乎任何靶标分子并扰乱其功能,包括生物蛋白分子。这些RNA适体分子在所有HIV入胞抑制剂(包括抗体)中显示出了最强效的抗病毒效果。尽管适体同gp120之间有相互作用已被证实,但关于该相互作用的结构信息却几乎无法获得。本文试图通过基于结构的方法来研究gp120和由77个核苷酸组成的适体B40t77之间的相互作用,其中B40t77已经被证实有着很高的gp120结合亲和力及HIV中和效应。本文首先采用DS1.7通过分子模拟的方法构建了B40t77闭合型和开放性的三维结构模型并对其进行了从简单优化(Minimization)、溶剂化(Solvation)到分子动力学(SDC)等一系列结构优化的过程。接着将B40t77模型手工对接至gp120晶体结构(2B4C)得到复合物的三维结构,并同样通过Ligand Minimizaition对复合物界面进行了简单的优化。本文还通过结合定点突变等生物实验来证实该复合物结构模型。通过该结构模型研究分子间相互作用,本文得出的结论表明抗-gp120适体之所以可以阻止HIV-1的入胞过程是通过对CD4诱导的抗原表位产生了立体位阻效应并介导了构象的变化从而扰乱了在结合位点的结合。

图1. B40t77适体结构模型。(A)B40t77二级结构的预测,中央loop区是闭合型的。(B)闭合型B40t77三级结构的预测模型。(C)B40t77二级结构的预测,中央loop区是开放型的。(D)开放型B40t77三级结构的预测模型。

 

图2. B40t77-gp120复合物的对接模型。(A)闭合型B40t77三级结构的预测模型(红色)对接至gp120晶体结构(紫色)中抗体X5结合的大致位置(B)B40t77-gp120复合物的侧视图。(C)B40t77磷脂骨架的负电性同(D)gp120对接位点表面的正电性的静电势匹配。(E)复合物中界面处的20个核苷酸(黄色)。

图3. B40t77-gp120复合物预测界面处点突变对结合力的影响。橙色标记点(≥10倍)或黄色标记点(≥104倍)突变之后降低了结合水平,共10个位点。绿色位点(1个)点突变可以提高结合水平。灰色标记点(3个)突变之后结合水平无影响。

图4. B40t77-gp120对接复合物界面稳定性通过预测是由氢键网络来实现的

Ref: Marisa K. Joubert, Nichole Kinsley, Alexio Capovilla, B. Trevor Sewell, Mohamed A. Jaffer, and Makobetsa Khati*. A Modeled Structure of an Aptamer-gp120 Complex Provides Insight into the Mechanism of HIV-1 Neutralization. Biochemistry 2010, 49, 5880–5890.