蛋白结构模拟预测H5型禽流感病毒保守中和表位及其抗病毒多肽的初步设计

摘要

H5N1禽流感病毒已经在亚洲，欧洲和非洲广泛地传播，不仅造成了巨大的经济损失，而且这种病毒已经感染到人类，导致人员的大量伤亡。随着病毒在禽类的连续性爆发，通过基因重配或者基因突变，这种病毒有可能在人与人间传播。据预测，如果H5N1病毒成为下一次全球性爆发的病毒株，由于人没有或者几乎没有对这种病毒株的免疫性，将会有上亿人死于这种病毒。WHO呼吁全球各个国家都要有应对这种病毒的策略。最近本实验室鉴定出3株对多种来源的H5N1代表株均有良好中和活性的识别H5亚型血凝素(HA)的广谱单克隆抗体8H5、8G9和10F7，对于寻找克服禽流感高变性的广谱治疗性抗体、疫苗和药物具有重要价值。 本研究应用分子模拟技术，将克隆得到的3株广谱单抗采用“典范结构”方法进行结构模建，模型结构在cvff力场下进行能量最小化和分子动力学模拟的优化，并通过能量、“拉曼强传图”检验、Profiles-3D分析等理论验证，获得较为合理的3株抗体Fab的三维空间结构。 将3株单抗Fab分子依次与已有晶体结构的3个H5亚型HA分子(PDB编号是1jsm、2ibx和2fk0)进行分子对接，利用分子对接结果分析H5亚型禽流感的广谱中和表位和针对中和表位的药物设计的多肽参考物，其中综合单个Fab分子与3个HA分子的对接结果用于寻找该单抗识别的HA抗原表位，用于寻找与抗原良好契合的多肽结构。 综合分析分子对接的结果表明：(1)HA蛋白的Fab8H5表位是由9个不连续氨基酸残基组成的：(以1jsm氨基酸编号计)Asp68,Asn72 (Glu112,Lys113,Ile114)，Pro118，Ser120，Tyr137，Tyr252；(2)HA蛋白的10F7表位也是由9个不连续的氨基酸残基所组成：Asn72，(Glu112，Lys113，Ile114)，(Ser120，Ser121)，Arg145，Tyr164，Tyr252；(3)HA蛋白的8G9表位位于Glu112到Ser120之间的区域(4)Fab8H5上的Tyr50-Ser51-Ser52-Asn53-Leu54-Ala55-Pro56多肽结构， Fab8G9上的Gly95-Ieu96-Ala97-Thr98-Leu99-Met100-Val100a-Leu100b-Pro100c-Asp101-Tyr102多肽结构，Fab10F7上的Ala26-Tyr27-Thr28-Phe29-Thr30-Ser31-Tyr32和Gly95-Gly96-Thr97-Gly98-Asp99-Phe100-His100a-Tyr100b-Ala100c-Met100d-Asp101-Tyr102多肽结构，可作为针对HA中和表位药物设计的多肽结构参考物。 所有这些结果将为H5亚型禽流感病毒广谱疫苗和治疗性药物的分子设计提供依据，为禽流感感染和中和机制以及受体研究提供有用的参考信息。

目录

论文说明：ABBREVIATION( 缩略词)

声明

摘要

英文文摘

前言

1.禽流感病毒概述

1.1.禽流感病毒的形态特征及其化学组成

1.2.禽流感病毒的基因组结构

1.3.禽流感病毒蛋白特征

2.禽流感的流行与危害

2.1.禽流感的发现

2.2.禽流感的传播

2.3.禽流感的危害

3.禽流感疫苗开发

3.1.灭活疫苗

3.2.减毒活疫苗

3.3.亚单位疫苗

3.4.重组活载体疫苗

3.5.核酸疫苗

3.6.通用疫苗

4.抗原表位疫苗

4.1.抗原表位疫苗概述

4.2.抗原表位的鉴定与选择

4.3.抗原表位的设计与优化

4.4.抗原表位疫苗的应用

5.蛋白质结构预测

5.1.蛋白结构预测方法的迫切需要及其诞生

5.2.理论计算方法在蛋白质空间结构模建中的应用

5.3.基于蛋白质结构认识的结构预测

5.4.蛋白结构预测在抗体模拟上的应用

6.本论文的研究目的，思路及意义

材料与方法

1.材料

1.1.主要仪器

1.2.软件及其使用模块

1.3.基因序列及其蛋白晶体结构

2.方法

2.1.抗体模拟

2.2.模型合理性验证

2.3.抗体和HA抗原的分子对接

2.4.复合物溶剂可及表面分析和表位确定

2.5.与HA抗原保守表位区域结合的抗体多肽

结果与分析

第一部分抗体Fab片段结构模拟

1.1.结构模板的获得和一级结构分析

1.2.Fab片段的分子模建

第二部分结构评测

2.1.能量分析

2.2.SAS值分析

2.3.氢键分析

2.4.二面角分析

2.5.Profiles-3D分析

第三部分分子对接及其表位分析

3.1.Fab8H5和HA抗原的分子对接

3.2.Fab8G9和HA抗原的分子对接

3.3.Fabl0F7和HA抗原的分子对接

3.4.共同表位分析

第四部分抗H5禽流感病毒药物的初步探索

4.1.抗H5禽流感多肽药物设计的基础

4.2.Fab8H5中与HA中和表位区域结合的多肽

4.3.Fab8G9中与HA中和表位区域结合的多肽

4.4.Fabl0F7中与HA中和表位区域结合的多肽

讨论

5.1.影响蛋白结构分子模建的因素

5.2.分子对接的分析

5.3.抗体对接在药物设计中的作用

5.4.小结

5.5.展望

参考文献

致谢

附录