几个多肽的液体核磁共振结构研究

【摘要】蛋白质是生命活动的载体和功能执行者,研究其结构与功能的关系对揭示生命奥秘十分重要,也是发展蛋白质工程和新型药物设计所必需的基础。液体核磁共振波谱技术可以在溶液状态下测定蛋白质分子结构,并给出丰富的运动信息。我们利用液体核磁共振波谱技术对流感病毒融合肽及其两个功能明确的突变体进行了结构研究；解析了三个芋螺毒素和一个蝎毒素的溶液结构,从分子水平上阐述了它们的生物活性与空间结构之间的关系。研究内容分两部分：一.流感病毒融合肽及其两个突变体结构研究流感病毒严重威胁人类健康,流感病毒感染人体的关键步骤是病毒膜与细胞膜融合,从而使病毒进入人体。融合过程中融合蛋白——血凝素起关键作用,为逃避免疫系统监视,血凝素不断突变,但是其HA2结构域N端的一段疏水序列高度保守,在融合过程中起重要作用,被称为融合肽。2001年Tamm小组解析了来自血凝素H3亚型20个氨基酸的流感病毒融合肽(H3-HAfp20)结构,呈倒“V”状结构。2010年Bax小组解析了来自血凝素H1亚型23个氨基酸的流感病毒融合肽(H1-HAfp23)结构,发现含有C-端保守的Trp21-Tyr32-Gly23序列后,融合肽形成由两段α-螺旋连接而成的发夹状螺旋结构。血凝素H1-和H3-亚型的融合肽序列有2个氨基酸的差别,其中12位氨基酸的Gly或Asn突变在所有16个亚型中都非常保守。该残基位于结构的转角位置,决定了螺旋结构的走向。为研究流感病毒第12位氨基酸对结构的影响及结构与功能关系,我们用大肠杆菌系统表达并纯化了血凝素H3亚型23个氨基酸的流感病毒融合肽(H3-HAfp23),采用异核谱解析结构,发现H3-HAfp23呈发夹状螺旋结构,与H1-HAfp23相比第二个螺旋整体下移,使12位和16位氨基酸之间的距离变大以便容纳Asn较大的侧链。通过序列比对及结构分析我们认为血凝素16个亚型的23个氨基酸的融合肽在DPC胶束中都应是保守的发夹状螺旋结构。为了进一步研究流感病毒融合肽结构与功能的关系,我们选择了H3-HAfp23的突变体G1S和G1V,其中G1S只能融合外层膜,内层膜仍保持独立结构,G1V则完全没有融合功能。G1S与H3-HAfp23结构类似,但两个螺旋间的氢键减少,N端和C端的相互作用变弱,只有Ser1的CO与Trp21的吲哚环NH形成氢键。G1V的结构与H3-HAfp23完全不同,两个螺旋间没有相互作用,N端和C端距离很远,是部分张开的发夹结构。结构数据表明随着融合功能的减弱直至丧失,融合肽发夹结构的夹角逐步被打开,显示了闭合型发夹结构对流感病毒融合功能的重要性。这是由于在酸性溶液中发夹结构N端NH3+所带的正电荷可以被C端残基中和,这种N端与C端的电荷-偶极相互作用对融合肽插膜过程很重要,这也被Mn2+滴定实验所证实。二.三个芋螺毒素和一个蝎毒素的结构解析生物毒素大多数是活性多肽,作用于细胞膜上的受体与通道,研究毒素多肽的结构与功能有助于了解离子通道调节的分子机制,也是药物设计的重要基础。我们与其他单位合作研究了三个芋螺毒素和一个蝎毒素的液体核磁结构。其中芋螺毒素均具有镇痛活性,除4/7型α-芋螺毒素Eb1.6外,T1和L11都是全新的毒素结构,由于作用靶点的研究还在进行之中,对结构和功能的阐述还有待深入。蝎毒肽BmP05特异性作用于SK通道,将其突变成BmP05-T后发现可以同时作用于Kv1.3通道和SK通道,丙氨酸扫描实验显示BmP05-T很可能以β-折叠识别Kvl.3通道和SK通道。我们发现BmP05-T的溶液结构与野生型的三级结构基本一致,但是突变的氨基酸改变了酸性氨基酸在结构表面的分布,支持了合作方提出的酸性氨基酸残基的分布决定了蝎毒肽和钾离子通道相互作用表面的理论假设。BmP05-T的结构显示以β-折叠识别SK通道,为BmP05-T与SK通道相互作用的新机制研究奠定了结构基础。
【作者】杜天鹏；
【导师】刘买利；姜凌；
【作者基本信息】中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所），分析化学，2014，博士
【关键词】液体核磁共振；结构解析；流感病毒融合肽；芋螺毒素；蝎毒素；

【参考文献】
[1]崔月梅.新型吸附材料的合成及其对水和生物样品中痕量元素吸附性能的研究[D].兰州大学,2008.
[2]崔立强.中国大陆地区股骨头坏死病因学调查及危险因素初步分析[D].北京协和医学院,临床医学,2014,博士.
[3]刘国权,周书民.一类含有时变时滞的不确定中立型Hopfield神经网络的鲁棒稳定性判据[J].自动化学报,2013,09:1421-1430.
[4]杨龙伟.二维叠后深度偏移方法研究[D].长安大学,地质工程（专业学位）,2014,硕士.
[5]苏晓东.基于直接功率控制的风力发电并网变流器研究[D].北京交通大学,2008.
[6]李秀荣.雍乾嘉时期的胥吏问题研究[D].陕西师范大学,中国古代史,2004,硕士.
[7]韦浩.SD大鼠脊髓缺血模型的建立及评估[D].福建医科大学,外科学,2014,硕士.
[8]曹立杰.中国城市化进程中的逆城市化现象研究[D].河北师范大学,政治经济学,2012,硕士.
[9]王蕊.少数民族地区社会组织参与公共服务研究[D].内蒙古大学,行政管理,2013,硕士.
[10]廖芳.武汉旅游景点标牌英译常见失误及对策[D].华中师范大学,翻译,2013,硕士.
[11]青梅.超材料石墨烯开发前景巨大[J].技术与市场,2010,03:59.
[12]邓亮.弱势省略语篇与认知语境的关联性研究[D].长沙理工大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[13]刘勇.首钢京唐钢铁公司能源消耗及影响因素分析[D].东北大学,热能工程,2011,硕士.
[14]张方晓.“脚手架”模型支持学习环境设计研究[D].华东师范大学,教育技术学,2004,硕士.
[15]王建立,李幼铭,冷传波,张洪宙.二维叠前深度偏移及辅助处理流程方法研究[J].石油地球物理勘探,1999,S1:1-12+149.
[16]嵇舒昕,杨敏,郭天琦.浅析海底捞管理模式给中国企业发展带来的启示[J].现代物业(中旬刊),2014,05:143-144.
[17]史美红.区域电网无功优化控制系统的SCADA模拟软件设计[D].山东大学,电气工程（专业学位）,2012,硕士.
[18]卢金锁.水厂源水水质监测、预测、数据传输系统研究[D].西安建筑科技大学,环境工程,2004,硕士.
[19]李玉嵩.我国档案宣传工作发展研究[D].苏州大学,档案学,2013,硕士.
[20]胡向敏.不同放牧制度下短花针茅荒漠草原碳储量研究[D].中国农业科学院,草地资源利用与保护,2014,博士.
[21]楼爱青.三门县青蟹品牌建设研究[D].宁波大学,食品加工与安全（专业学位）,2014,硕士.
[22]邱琳.人民币升值对我国制造业生产率的影响研究[D].湖南师范大学,产业经济学,2014,硕士.
[23]翟艳华.Myosin X在肿瘤转移过程中作用的研究[D].东北师范大学,细胞生物学,2012,硕士.
[24]毛超超.钨酸铋和二氧化铈微纳米材料的液相合成、表征及性能研究[D].西北大学,材料化学,2013,硕士.
[25]孟丽达.柬埔寨微型物流企业发展研究[D].广西师范大学,企业管理,2013,硕士.
[26]顾祖海.上海信息管线综合管理系统设计与实现[D].大连理工大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[27]王华东.贵州省旅游产业与文化产业融合发展研究[D].贵州财经大学,旅游管理,2013,硕士.
[28]张雅涵,朱万展,施咏凤,邓志新,欧阳效鹏.快速检测空调冷却水中Lp1型嗜肺军团菌实时荧光定量PCR方法的建立[J].现代预防医学.
[29]邱剑.基于FPGA的虚拟无线电射频前端及PCIe接口设计[D].南昌航空大学,检测技术与自动化装置,2013,硕士.
[30]李楠.商标侵权归责原则研究[D].大连理工大学,民商法学,2013,硕士.
[31]席莉.给予和接受同伴反馈对非英语专业学生英语写作的影响[D].西北师范大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[32]孙敏.中学生科学信息素养调查研究[D].辽宁师范大学,2003.
[33]李培华.一种改进的MeanShift跟踪算法[J].自动化学报,2007,04:347-354.
[34]耿焕同,钱权,黄建国,蔡庆生,王煦法.一种基于能力的范例库自动建立新方法[J].模式识别与人工智能,2004,03:306-310.
[35]苏向丽.CSL学习者单音量度形容词混淆的错杂性与不平衡性[J].语言教学与研究,2015,01:22-30.
[36]张自巧.内源融资能力、公司治理质量与并购绩效[J].财经问题研究,2014,06:51-56.
[37]陈立民.基于ANSYS Workbench的车身件SKD运输包装设计[D].陕西科技大学,机械设计与理论,2013,硕士.
[38]陈鑫欣.论我国刑法适用中的法官解释[D].吉林大学,法律,2013,硕士.
[39]王小虎.产前日粮营养调控对围产期奶牛血钙水平影响的研究[D].吉林农业大学,动物营养与饲料科学,2012,硕士.
[40]黄鑫.我国当代民营剧团发展运作现状初探[D].中国艺术研究院,艺术学,2014,硕士.
[41]谢娜.Q市黑社会性质组织犯罪专项研究[D].西南大学,民商法学,2014,硕士.
[42]丁华.非直井井迹优化设计与决策分析应用研究[D].大连理工大学,2004.
[43]赵梦欣,陈国峰,余伟成.直流系统绝缘监测的直流漏电流法改进方案[J].电力系统自动化,2009,14:83-88+107.
[44]戴上,张焰,祝达康.含有微电网的配电网规划方法[J].电力系统自动化,2010,22:41-45.
[45]申彦利,杜修力,杨庆山.桥墩抗震性能评估的适用近场地震动强度参数研究[J].工程力学,2014,10:56-61.
[46]许艺君.厦门佰乐服务有限公司绩效考核体系优化及应用[D].华侨大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[47]曾广杰,郗蕴超,徐国斌,刘向东.传统专业改造的探索与实践[J].高等工程教育研究.2003(03)
[48]陈晓芳.试论中学文学阅读教学中的“误读”[D].福建师范大学,文学阅读与文学教育,2012,硕士.
[49]毛自强,朱耀庭.点阵汉字向量化算法[J].自动化学报,1988,03:237-240.
[50]彭彩惠.网络投票能改善中小股东的冷漠吗?[D].厦门大学,会计学,2014,硕士.