无序蛋白DSS1扮演多功能角色的构象和动力学特征研究

摘要

无序蛋白DSS1是哺乳动物中与癌症密切相关的蛋白，在多种复合物中作为分子粘合剂发挥作用。在复合物TREX-2中，DSS1与PCID2结合参与mRNA的转录输出，与BRCA2结合在同源重组修复中发挥重要作用。DSS1与PCID2和BRCA2这两种不同的蛋白结合时展现出不同的构象，并对这两种蛋白的稳定性产生影响。到目前为止，在原子层面对于固有无序蛋白DSS1与不同蛋白结合机制尚未得到全面的系统的解答。研究无序蛋白DSS1对PCID2及BRCA2构象的影响，不仅可以比较与不同蛋白结合时无序蛋白DSS1构象的变化，而且在理解DSS1如何行使功能上也具有重要的意义。
　　分子动力学模拟是一种广泛应用于生物大分子的研究方法，在研究固有无序蛋白方面具有重要实践意义。本论文利用分子动力学模拟的方法，通过对二级结构、三级结构，各体系的主成分，结合自由能等方面研究无序蛋白DSS1对蛋白PCID2、BRCA2构象变化以及构象稳定性的影响。具体结果如下：
　　1.无序蛋白DSS1在复合物TREX-2中对蛋白PCID2稳定性的影响。单体蛋白apo-PCID2局部区域不稳定，特别是apo-PCID2蛋白中的螺旋Ⅳ和螺旋Ⅷ。当DSS1的螺旋结合在apo-PCID2的螺旋Ⅳ和螺旋Ⅷ之间的裂缝时，螺旋Ⅷ和DSS1蛋白的螺旋变得更稳定，进而引起DSS1的无规卷曲部分变成更规则的二级结构。DSS1与PCID2之间的结合自由能分析表明由七个残基形成了疏水核心是DSS1蛋白与PCID2结合的关键作用。静电相互作用在PCID2与DSS1之间的相互作用中也起主导作用。这些结果与实验数据一致。模拟的结果表明，无序蛋白DSS1使PCID2变得更稳定。
　　2.无序蛋白DSS1对BRCA2蛋白的螺旋（HD）结构域稳定性产生影响。DSS1与BRCA2蛋白结合后，使无序蛋白DSS1更倾向于形成稳定的二级结构。而结合后BRCA2蛋白的螺旋结构域形成氢键的数目增加，HD结构域的螺旋Ⅸ和HD螺旋Ⅹ明显变得更稳定，而对BRCA2蛋白的OB1结构域的影响不明显。
　　3.无序蛋白DSS1在与PCID2、BRCA2结合时形成了不同的构象。单体蛋白apo-DSS1具有高度灵活性与其无序蛋白的性质相符。在与PCID2结合时，DSS1羧基端的（残基：38-67）结构结合在PCID2上并形成了稳定的螺旋和部分其他稳定的二级结构尾巴。bound DSS1的N端形成β折叠和β转角的概率明显增加。而在与BRCA2结合时，DSS1的氨基端（残基：7~25）、羧基端（残基：37~45，50~63）与BRCA2结合。形成的结构主要为无规卷曲和β转角。通过对比可以发现，虽然DSS1在与两种不同的蛋白结合时都形成了更确定的构象，但形成的构象却不相同。
　　本论文主要内容分五章。第一章为绪论，主要介绍DSS1与PCID2、BRCA2蛋白结合的研究进展，包括DSS1与疾病的关系，蛋白DSS1的分子结构和在疾病中的作用，缺失DSS1产生的生物学效应。第二章内容是介绍分子动力学模拟，内容包括分子动力学模拟原理，分子动力学模拟软件，GROMACS软件介绍，分析方法，分子动力学模拟的应用和发展。第三章为DSS1对PCID2蛋白稳定性的影响。首先是模拟方法的介绍，然后是DSS1对PCID2蛋白稳定性影响的结果分析。第四章是DSS1对BRCA2蛋白构象稳定性影响的介绍。同样的模拟方法研究DSS1与BRCA2之间的结合，然后选择适合的分析方法分析DSS1对BRCA2蛋白构象稳定性的影响。第五部是总结及展望。所得的结论不仅有助于理解无序蛋白DSS1与蛋白结合对其结构变化和稳定性的影响，而且对深入理解无序蛋白与蛋白质复合体构象和动力学的性质也有一定意义。

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第一章 文献综述

1.1 无序蛋白DSS1简介

1.2 无序蛋白DSS1与PCID2的结合

1.3 无序蛋白DSS1与BRCA2的结合

1.4 本文的研究内容

第二章 分子动力学模拟

2.1 分子动力学模拟简介

2.2 数据分析方法

第三章 无序蛋白DSS1对PCID2构象稳定性的影响

3.1 模拟方法

3.2 体系收敛情况

3.3 体系结构稳定性

3.4 本章小结

第四章 无序蛋白DSS1对BRCA2构象稳定性的影响

4.1 模拟方法

4.2 体系收敛情况

4.3 结合对无序蛋白DSS1二级结构的影响

4.4 DSS1对BRCA2蛋白结构稳定性的影响

4.5 本章小结

第五章 总结及展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢