糖尿病相关的IGFBPs与IGF相互作用机理研究

IGFBPs蛋白是一种参与糖尿病发生发展的重要基因，研究发现它与IGF蛋白的结合能力与糖尿病有着密切的关系，但是这两种蛋白之间相互作用的机理尚不明确。由于蛋白质分子体系的复杂性，目前从实验上很难对蛋白质-蛋白质之间的相互作用机理进行深入探讨，并且传统的分子动力学方法对这一复杂体系在当前的时间尺度内研究非常困难。本项目选取IGFBP2-4与IGF作为研究对象，结合同源建模、Docking分析、in silico单分子实验、高通量势场建模、定点突变等方法，研究IGFBPs与IGF之间的结合方式、结合路径、关键结合位点分布，从原子层次上探讨二者之间的相互作用机理，分析蛋白质本身的尺寸、取向、电荷分布对蛋白质-蛋白质之间相互作用的影响，揭示蛋白质表面化学组成、结合结构的选择性、生物学活性三者之间的本质联系，预测有效的突变位点，为深入认识糖尿病的致病机理和药物分子设计奠定基础。

本项目采用实验测得的IGFBPs晶体学结构数据，结合分子动力学模拟和定点突变的方法研究了IGF-I和IGF-II与IGFBPs之间的关键结合位点以及相互作用网络。主要研究内容包括：⑴研究了未突变和一系列丙氨酸定点突变IGF-I与IGFBPs（IGFBP4的N端和IGFBP1的C端）复合体系的相互作用状况，并从原子尺度揭示了定点突变对二者结合能力和作用机理的影响；⑵采用单点和多点连续定点突变的方法研究了IGF-I与IGFBP4之间的作用网络、突变效应对结构和结合位点的影响；⑶构建了288个IGF-I、IGF-II与IGFBPs(IGFBP6, IGFBP5和IGFBP2端基片段)的复合体系，使用分子动力学方法绘制了动态结构中的关键结合位点分布图，比较和归纳了结合位点的分布、类型、作用形式等信息，并对吸附选择性进行了较为全面系统的阐述。通过对IGFs与IGFBPs相互作用的研究，我们分析了蛋白质尺寸和取向的影响，揭示了蛋白质-蛋白质相互作用的结构选择性、电荷匹配、形状互补、识别路径等信息，并进一步探讨了多种定点突变方法对蛋白质的构象、构型以及结合位点分布、结合能力的影响。在此基础上，我们绘制出了一系列IGF与IGFBP相互作用的关键因素（相互作用能、接触面积、结合位点、氢键个数、盐桥个数等）之间的关系图，为IGF与IGFBP之间的相互作用机理的研究提供了理论基础；同时对定点突变方法确定单一残基生物活性的方法提出了质疑，并从原子尺度上对此进行了阐述。