Ⅱ型抗癌晶体蛋白结构与其抗肝癌活性之间的关系

论文摘要

苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis，简称Bt）是一种分布极其广泛的革兰氏阳性细菌，其在芽胞形成的过程中伴有蛋白晶体的形成，称为伴孢晶体。伴孢晶体是毒杀昆虫的主要活性物质，并在芽胞形成期合成并累积而成。然而，研究发现自然界中分布更多的是没有杀虫活性的Bt菌株，这类菌株产生的能优先杀死癌细胞的伴胞晶体蛋白统称为Parasporin。目前已经发现6种抗癌伴孢晶体蛋白，Parasporin-2便是其中的代表。本实验室在抗癌伴孢晶体蛋白（P2Y）基础上引入突变，获得了九个变异的抗癌伴孢晶体蛋白，分别命名为P11、P12、P13、P14、P21、P22、P31、P32和P33。从前期实验结果来看，这九个变异的蛋白对肝癌细胞的半致死剂量（LD50）相差很大，最小的是0.96μg/mL，最大的是37.29μg/mL；其中P11的LD50值为2.04μg/mL，P32的LD50值为0.96μg/mL。我们推测这九个突变蛋白的氨基酸序列和它们的抗肝癌活性存在着一定的相关性，为此做了以下的分析研究：对P11、P32的以及P2Y进行同源建模，预测其空间结构，再进行P11、P32与P2Y二级结构和三级结构间的比较，发现β折叠、β折叠变长或者是ɑ螺旋的增加等这些二级构型的变化都会影响Ⅱ型抗癌晶体蛋白的抗癌活性。对他们进行氨基酸序列比对发现：九个突变蛋白有3到7个氨基酸发生了变异，这些氨基酸主要分布在位点32、131、217、225和242。结合近来发现的抗癌伴孢晶体蛋白家族新型受体蛋白甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH），本研究开展了最佳结合区域预测（Optimal Docking Area，简称ODA）、分子对接、模拟突变等一系列实验来探索伴孢晶体蛋白的氨基酸序列与其抗癌活性之间的关系。结果表明P11和P32与GAPDH的结合能量值最低，分子对接结果与实验测得的抗癌活性有较高的一致性；在位点49、51、52、55-60、194和205-212的氨基酸残基都高度参与到了蛋白质间的相互作用，特别是芳香族氨基酸如色氨酸（W）、酪氨酸（Y）、苯丙氨酸（F）。本研究确定了对伴孢晶体蛋白的抗癌活性有重要影响的氨基酸位点和关键氨基酸。这些发现从理论上揭示了Ⅱ型抗癌晶体蛋白的氨基酸组成与其抗肝癌活性之间关系，能为今后Ⅱ型抗癌晶体蛋白抗癌活性的人工改造提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 抗癌晶体蛋白
• 1.1.1 抗癌晶体蛋白的抗癌特性
• 1.1.2 Parasporin-2 的分子结构
• 1.1.3 Parasporin-2 的受体
• 1.1.4 Parasporin-2 的抗癌机理
• 1.2 同源建模
• 1.2.1 同源建模简介
• 1.2.2 同源建模过程
• 1.2.3 同源建模软件简介
• 1.3 蛋白质-蛋白质对接
• 1.3.1 分子对接简介
• 1.3.2 蛋白质-蛋白质分子对接
• 1.3.3 蛋白质-蛋白质对接软件简介
• 1.4 本研究立题依据、目的和意义
• 第2章 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.2 方法
• 2.2.1 Ⅱ型抗癌晶体蛋白差异碱基及氨基酸残基的比对
• 2.2.2 Ⅱ型抗癌晶体蛋白的同源建模
• 2.2.3 Ⅱ型抗癌晶体蛋白和甘油醛-3-磷酸脱氢酶的最佳位点预测
• 2.2.4 Ⅱ型抗癌晶体蛋白和甘油醛-3-磷酸脱氢酶的 Hex 分子对接
• 2.2.5 Ⅱ型抗癌晶体蛋白和甘油醛-3-磷酸脱氢酶的 ZDOCK 分子对接
• 2.2.6 Ⅱ型抗癌晶体蛋白和甘油醛-3-磷酸脱氢酶分子对接的优化
• 2.2.7 模拟突变Ⅱ型抗癌晶体蛋白和甘油醛-3-磷酸脱氢酶的分子对接
• 2.2.8 Ⅱ型抗癌晶体蛋白突变氨基酸位点的多重响应分析
• 2.2.9 Ⅱ型抗癌晶体蛋白氨基酸能量贡献的因子分析
• 第3章 结果与分析
• 3.1 Ⅱ型抗癌晶体蛋白差异碱基及氨基酸残基的比对
• 3.2 同源建模及模型评价
• 3.2.1 寻找同源结构
• 3.2.2 序列比对
• 3.2.3 建立 3D 结构
• 3.2.4 模型的评价
• 3.3 P11、P32 与 P2Y 二级结构的比较
• 3.4 Ⅱ型抗癌晶体蛋白和甘油醛-3-磷酸脱氢酶的最佳位点预测
• 3.5 Ⅱ型抗癌晶体蛋白突变氨基酸位点的多重响应分析
• 3.6 Ⅱ型抗癌晶体蛋白氨基酸能量贡献的因子分析
• 3.7 Ⅱ型抗癌晶体蛋白分子对接的结果及分析
• 3.7.1 Ⅱ型抗癌晶体蛋白 Hex 分子对接的结果及分析
• 3.7.2 Ⅱ型抗癌晶体蛋白 ZDOCK 分子对接的结果及分析
• 3.8 Ⅱ型抗癌晶体蛋白分子对接优化的结果及分析
• 3.9 模拟突变Ⅱ型抗癌晶体蛋白的结果及分析
• 第4章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果