Взаимодействие α-спиральных пептидов в биомембранах: моделирование методом Монте-Карло

• Автор: Верещага, Яна Александровна
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Долгопрудный
• Количество страниц: 114 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ.

ГЛАВА I. ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА II. СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ТРАНСМЕМБРАННЫХ ТМ АСПИРЛЛЫ1ЫХ ДИМЕРОВ СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

II. 1. Общие принципы организации аспиральных комплектов в липидном бислое.

II. 1.1 Геометрические аспекты упаковки спиралей

.1.2. Гидрофобнаягидрофильная организация комплексов

.1.3. Особенности взаимодействия аспиралей с границей раздела мембранавода

II. 1.4. Резюме

.2. Перспективные аспиральные димеры уроки экспериментального изучения

.2.1. Гликофорин А человека

.2.2. Рецепторы тирозинкииазы ЕгЬВД4си

.2.3. ТМ сегмент белка ВЫ1РЗ семейства ВСЬ2.
.3. Методы компьютерного моделирования аеннральных комплексов.
.3.1. Метод молекулярной динамики в вакууме с отжигом
.3.2. Моделирование с использованием неявно заданных моделей мембраны
ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.
III. 1. Разработка методики моделирования пространственной структуры аспиральных димеров в мембранном окружении на примере димера гликофорина А врА.
1.1.1. Подбор оптимальных характеристик моделей, имитирующих влияние мембраны,
для изучения ассоциации мономеров СрА
III. 1.1.1. Моделирование в вакууме мономер и димер врА
III. 1.1.2. Взаимоденсгвие аспиральных сегментов в мембранах разной толщины без
приложенного ТМ потенциала
III. 1.1.3. Резюме.
1.1.2. Моделирование с приложенным ТМ потенциалом
III. 1.2. Влияние ТМ потенциала на ориентацию аспиралей в комплексах
III. 1.2.2. Энергетические особенное полученных классов олигомерных состояний
III. 1.2.3. Сравнительный анализ моделей димера, полученных с помощью
спекгроскопии ЯМР и рассчитанных методом МонтеКарло
III. 1.2.4. Гидрофобная организация аспиральных димерных комплексов
III. 1.2.5. Модель димера, установленная методом спектроскопии ЯМР поведение в
неявно заданном мембранном окружении
III. 1.2.6. Энергетические аспекты димеризации.
III. 1.2.7. Влияние толщины мембраны на упаковку димерных состояний
Ш.1.2.8. Влияние степени гидрофобносги мембраны на результаты моделирования.
III.1.2.9. Мутагенез i ii, влияние точечных мутаций на димеризацию
III. 1.2 Резюме
III.2. Изучение димеризации ТМ сегмента белка I3 методом МонтеКарло в неявно заданной мембране
III.2.1 Характер взаимодействия мономера I3 с мембраной роль заряженных
остатков на концах
1.2.2. Гидрофобныегидрофильные свойства ТМ сегмента I3.
1.2.3. Расчет димерных состояний I3 с применением ограничений.
1.2.4. iii моделирование димера I3 роль остатка i в димеризации. .
1.2.5. Му тагенез i ii поиск гомологов ТМ пептида , способных к
эффективной димеризации.
1.2.6. Резюме
ГЛАВА IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
IV. 1. Обзор проведенных исследований и полученных результатов.
IV.2. Научнопрактическое значение работы
IV.3. Перспективы
ГЛАВА V. МЕТОДЫ
V Вычислительные протоколы
V.2. Гетерогенная модель мембраны.
V.3. Метод молекулярного гидрофобного потенциала МГП
Список литературы


В третьей части показано применение разработанной методики для изучения возможных механизмов димеризации ТМ сегмента белка I3, пространственная структура которого еще не установлена. Полученные модели комплексов хорошо согласуются с данными мутагенеза. Научная новизна. В ходе выполнения работы был впервые создан комплекс новых вычислительных методик и компьютерных программ, позволяющих получать информацию о структуре белокбелковых комплексов в липидном бислое. Среди них механизм взаимодействия ТМ аспиральных пептидов, взаимосвязь между гидрофобнойгидрофильной организацией пептидов и их укладкой в димере, физические принципы встраивания аспиральных пептидов в мембранное окружение, энергетические аспекты димеризации в бислое и др. Основные результаты. Выводы а Моделирование без учета эффектов среды не позволяет корректно описать поведение двух ТМ аспнралей врА б Присутствие второго пептида при расчете МК двух мономеров врА в вакууме стабилизирует аспиральную структуру мономеров за счет вандерваальсовых взаимодействий. Однако полученные конформации димерных состояний значительно отличаются от установленных в экспериментах. Кроме того, не наблюдается специфичности межепиральных контактов. Выводы а Моделирование пептидов врА в мембране без приложенного ТМ потенциала показало, что пептиды, сохраняя аспиральную структуру, располагаются в ТМ положении, образуя димеры как в ориентации голова к хвосту, так и в ориентации голова к голове. Найдена только одна группа структур с антипараллельиой ориентацией пептидов хорошо коррелирующая с данными мутагенеза СрАмки б При расчете с разной толщиной мембраны наблюдается эффект подстройки димера врАмки под толщину гидрофобного слоя без нарушения межепиральных контактов в Субъединицы в комплексах обладают аспиральной структурой при толщине мембраны О ЗбА, при дальнейшем увеличении толщины наблюдаются нарушения асииральной конформации. Димеры врА в мембране с приложенным потенциалом. ТМ положении и образу ют димеры в ориентации голова к голове б Конформации пизкоэпергетических состояний хорошо согласуются с данными мутагенеза в найдена группа состояний с правой закруткой, по параметрам упаковки близкая к экспериментально установленной димерной структуре СрАямр г Наблюдается группа плотно упакованных димерных структур с левой закруткой, также хорошо согласующаяся с данными мутагенеза и удовлетворяющая ограничениям на расстояния, полученным методом спектроскопии ЯМР МасКспг1е е1 а1. Таким образом, впервые предложена методика моделирования димерных комплексов в мембранном окружении. Разработанная методика применена для моделирования димера с неизвестной пространственной структурой ТМ сегмента белка I3. Выводы iii поиск низкоэнергетических состояний выявил несколько возможных групп димерных состояний как с правой, так и с левой закруткой. Наблюдается высокая корреляция с данными мутагенеза б Сделан вывод о роли состояния ионизации остатка i в ассоциации аспиралсй в Предложены мутантные формы I3 с потенциально более высокой, чем в белке дикого типа, димеризациоиной способностью. Диссертационная работа имеет следующую структуру Во Введении Глава I сформулированы основные цели и задачи, их взаимосвязь с общими тенденциями развития моделирования олигомерных взаимодействий в аспиральных комплексах. Глава II представляет собой обзор литературы, посвященный известным теоретическим моделям упаковки спиралей, наиболее изученным экспериментально димерным комплексам, в том числе и представляющих интерес для биомедицинских применений. Полученные результаты и их обсуждение представлены в Главе III, состоящей из 2х разделов. В разделе III. III. ТМ сегмента белка I3, пространственная структура которого еще не установлена. Глава IV Заключение содержит перечень основных результатов работы, обсуждение их научнопрактическою значения, а также дальнейшие перспективы исследований в данной области. Описание методов, использованных в работе, дано в Главе V. Завершает диссертационную работу Синеок литературы. Основные результаты работы изложены в одной статье, опубликованной в i i, а также в тезисах всероссийских и международных конференций. Направлено в печать две статьи.