Расчет трехмерной структуры и физических характеристик фибриллярных коллагенов человека I, II, III, V и XI типов

• Автор: Филатов, Иван Васильевич
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 103 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Обзор литературы

Глава 2. Материалы и методы

2.1. Выбор начального приближения конформации главной цепи

2.2. Определение минимальной длины фрагмента, пригодной для

адекватного расчета трехспиральных макромолекул

коллагена

2.3. Редукция библиотеки конформаций боковых радикалов

2.4. Метод расчета фрагментов трехспиральных макромолекул

коллагена.
Глава 3. Расчет фрагментов и полных макромолекул коллагенов
3.1. Расчет фрагментов макромолекул.
3.2. Сборка полной молекулы коллагена из рассчитанных
фрагментов тройных комплексов Глава 4. Анализ стерсохимических особенностей трехмерных
структур коллагенов. Расчет физических характеристик
тройных комплексов. Вычисление спиральных параметров
4.1. Вычисление спиральных параметров
4.2. Оценка модуля Юнга и персистентной длины фибриллярных
макромолекул.
Глава 5. Обсуждение результатов
Выводы
Список литературы


Цель настоящего исследования заключалась в развитии методов молекулярной механики для расчетов структур одиночных фибриллярных макромолекул и их комплексов, а также адаптации известных методов и программ для минимизации конформаций боковых радикалов к расчетам структур макромолекул коллагенов I, II, III, V и XI типов. Юнга и персистентной длины для сопоставления локальной и глобальной стабильности расчетных структур с целью установления их роли в процессах фибриллогенеза и дифференцировки. Научная новизна работы. Впервые развит метод расчета целых фибриллярных макромолекул коллагена на основе методов конформационного анализа объектов пептидной природы. Особенностью разработанного варианта является использование редуцированной библиотеки конформеров боковых радикалов аминокислот, что позволило провести полную оптимизацию конформаций не только остова полипептидной цепи белков, но и всего ансамбля фрагментов, описывающих макромолекулу в целом. Впервые получены хорошо оптимизированные данные об участках стыковки трипеитидов с пролином во втором положении триплетов и аминокислотой во втором положении. Продемонстрировано, что изменения стереохимичсских характеристик структуры в областях таких стыковок не больше, чем изменения спиральных параметров при переходе от областей с последовательностью ГАА к областям с последовательностью Г АО. Это позволило впервые рассчитать структуры одиночных молекул коллагенов пяти разных типов и сравнить их стереохимические характеристики, что позволяет сделать выводы не только о роли отдельных аминокислот в структуре белка, но и в некоторых случаях понять, как важна специфика последовательности аминокислот для его функции. В ходе работы применен специальный метод расчета спиральных параметров для молекул, не обладающих строгой спиральной симметрией, что дает возможность рассчитывать дифракционные картины, а следовательно, сравнивать расчетные и рентгенографические данные, сколь бы усредненными они ни были. Проведен полный стереохимический анализ полученной структуры. Показано, что при отсутствии дополнительных начальных условий в любой части коллагеновой молекулы генерируется трехспиральная структура с симметрией, соответствующей типу симметрии дифракционной картины коллагена. Таким образом, рассчитанная структура удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым рентгенографическими экспериментами. На примере пяти фибриллярных структур полностью обоснована двусвязная модель структуры коллагена. Показано, что во всех полных структурах коллагенов СОгруппы остатка глицина и третьего по цепи остатка находятся на поверхности тройного комплекса макромолекулы коллагена и симметрически эквивалентны друт другу. Это определяет независимость гидратации макромолекулы коллагена от последовательности аминокислот, т. Впервые проведен аналитический расчет модуля Юнга для фибриллярных макромолекул. Создана программа расчетов применительно к фибриллярным системам различного типа. Развиты подходы к расчету персистентной длины фибриллярных макромолекул. Впервые установлена персистентная длина макромолекулы коллагена и показано, что она существенно превышает длину макромолекулы. Таким образом, структура одиночной макромолекулы коллагена определяет ход фибриллогенеза, а действующим фактором оказываегся распределение параметров спирали вдоль фибриллярной макромолекулы. Практическое значение работы. Впервые рассчитаны структуры, содержащие последовательности аминокислот, приводящие к патологиям соединительной ткани и тяжелым клиническим последствиям. Таким образом, патология соединительной ткани, возникающая вследствие мутагенеза коллагена, оказывается примером типичного молекулярного заболевания. Установлены отличия возможных дефектов процессов фибриллогенеза при различных точечных мутациях в коллагенах человека. Разработанные подходы позволяют предсказывать типы возможных дефектов коллагеновых фибрилл при различных мутациях, в том числе и неточечных. Основные результаты диссертации были представлены на Международной конференции по биоинформатике, регуляции и структуре генома ВОК8, на III съезде биофизиков России Воронеж, , Московской конференции по компьютерной молекулярной биологии МССМВ. По материалам диссертации опубликовано семь печатных работ.