蛋白与蛋白对接分析计算

发布日期： 2024-11-17 阅读量： 作者： 小编

蛋白-蛋白对接分析计算简介

蛋白-蛋白对接是指在生物体内，两个蛋白质之间发生相互作用，形成蛋白质复合物的过程，蛋白-蛋白对接是生物体内许多生物学过程的基础，如细胞信号传递、酶催化、免疫应答等。理解蛋白-蛋白对接过程对于解析生物体系的结构和功能非常重要。

蛋白-蛋白对接可以分为两个主要步骤:

1.搜索:在蛋白质结构数据库中寻找潜在的蛋白,蛋白相互作用伙伴。这可以通过实验技术如X射线晶体学、核磁共振等来确定蛋白质复合物的结构，也可以通过计算方法来预测可能的蛋白-蛋白对接

2.对接:一旦潜在的蛋白-蛋白对接伙伴被识别出来，可以进行蛋白,蛋白对接的计算模拟，以确定两个蛋白质结合的最稳定方式。蛋白-蛋白对接的计算方法通常采用分子对接技术，例如蛋白质-蛋白质对接软件可以通过模拟蛋白质的构象和相互作用力来预测蛋白-蛋白复合物的结构和稳定性。

蛋白:蛋白对接的研究对于理解蛋白质复合物的结构和功能有重要意义。它有助于揭示蛋白质复合物的结合机制、信号传递通路以及酶催化的机理，在药物研发领域，蛋白-蛋白对接也用于预测潜在的药物靶点和药物分子与蛋白质之间的相互作用。

蛋白-蛋白对接计算案例

1、蛋白结构建模

X蛋白结构由客户直接提供。由于V的蛋白结构的电荷有所缺失，不利于后续的分子对接，采用tfold程序，对该序列进行从头建模，从而获得可用于后续分子识别研究的完整Y蛋白三维结构模型，其完整三维结构如图1a所示，预测后的Y结构与原结构之间的RMSD为0.637。tfold模块采用了三项创新技术来提高建模精度。首先，我们开发了’多数据来源融合'(multi-source fusion)技术来挖掘多组多序列联配(multiple sequence alignment,MSA)中的共进化信息;然后，借助“深度交叉注意力残差网络’(deep cross-attention residual network)，我们能够极大地提高一些重要的蛋2D结构信息的预测精度，例如:残基对距离与取向矩阵(residue-residue distance and orientation matrix);最后我们通过一种新颖的'模板辅助自由建模’(Template-based Free Modeling,TBFM)方法，将自由建模(freeModeling,FM)和模板建模(Template-based Modeling,TBM)生成的3D模型中的结构信息加以有效融合，从而大大提高了最终3D建模的准确性。Ramachandran plot!2]用于阐述蛋白质或肽立体结构中肽键内α碳原子和羰基碳原子间的键旋转度对α碳原子和氨原子间的键的旋转度，主要用来指明蛋白质或肽类中氨基酸残基的允许和不允许的构象。Ramachandranpot主要分为三个区域，完全允许区(红色区域)，允许区(黄色区域)，不允许区(空白区域)。图1b给出了Y蛋白的Ramachandran plot结果，位于完全允许区的氨基酸占比为96,2%，位于允许区的氨基酸占比为3.8%，总和达到100%，没有氨基酸残基位于扭转角禁止区域:因此表明建模所得Y蛋白所有氨基酸残基的二面角均在合理范围内，符合立体化学能量规则。

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图1 Y蛋白结构(a)和Y蛋白模型的Ramachandran Plot(b)

2、蛋白与蛋白对接

为了研究X蛋白与Y蛋白分子间的结合区域及相互作用模式，本研究采用专业的蛋白-蛋白对接的GRAMM-X程序[3]的template docking进行对接，选取对接打分最好的结构作为标准结果进行后续Rosetta[4]进一步的刚性对接。对接打分基于ref2015力场评分函数计算，对接分数越小，说明该结合模型的结合可能更大，相互作用更强，但由于没有实验数据与动力学模拟自由能进行校正，不能将该分数直接视为两个分子间结合的亲和力真实值。两个分子对接的最优模型结果如图2所示，X蛋白Chain B上的α结构域底部能很好的结合到Y蛋白分子，使两个蛋白分子间形成较为稳定的相互作用。

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图2 X蛋白与Y蛋白对接复合物结构

3、相互作用模式分析

随后，本研究进一步分析了X蛋白与Y蛋白分子结合区域的相互作用模式，结果如图3所示，X蛋白与Y蛋白分子间总共形成了1组氢键相互作用和1组盐桥相互作用。二维界面图使用的是Ligplot2.0[5，X蛋白中参与形成氢键的氨基酸是Asn69;Y蛋白分子中参与形成氢键的氨基酸是Thr295，X蛋白中参与形成盐桥的氨基酸是His68;Y蛋白分子中参与形成盐桥的氨基酸是Asp304。同时，如图3a所示，X蛋白与Y蛋白间还形成了大量的疏水相互作用，更加有助于X蛋白与Y蛋白更好的结合。

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图3X蛋白与Y蛋白间的相互作用模式(齿状氨基酸为疏水相互作用，绿色虚线为氢键作用，红色虚线为盐桥作用)

4、结果与讨论

本文通过从头建模和分子对接方法以及动力学模拟研究了X蛋白与Y蛋白分子间的相互作用位点及作用模式，结果表明X蛋白Chain B上的α结构域底部能很好的结合到Y蛋白分子。Y是萎型对称球状蛋白，与结构更为分散的X形成鲜明的对比。该研究为X蛋白与Y蛋白分子的作用位点确定及作用模式研究提供了一定指导作用。

蛋白与蛋白对接分析计算

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