金属蛋白酶ADMATS-13水解酶切血管性血友病因子vWF的力学调控机制

在循环的血液中，血小板的黏附和聚集，不但受到血管性血友病因子vWF与血小板表面受体GPIb相互作用的调控，还受到金属蛋白酶ADAMTS-13的调节，并依赖于血流动力学环境，它涉及力-化学耦合相互作用这一细胞分子生物力学中的前沿科学问题。本项目，我们将结合细胞分子力学建模、数值模拟、定点突变和流动腔实验技术，利用流动腔实验，系统测量高剪应力环境中，血管性血友病因子vWF与金属蛋白酶ADAMTS-13间的反应速率常数、ADAMTS-13的酶切活性和酶切动力学速率，阐明循环的血流中vWF和ADAMTS-13间相互作用的力依赖型反应与酶切动力学机制，旨在揭示出血与血栓形成过程的力－生化协同调控机制及其分子结构基础，以深化相关血管生理学和病理学的理解，进而为相关抗血栓创新药物的开发、血栓性和出血性疾病的新干预疗法提供有用信息和新的思路。

作为血管壁破损后的止血和血栓形成过程中的关键事件，循环血小板的黏附和聚集，不但受到血管性血友病因子vWF与血小板表面受体GPIba相互作用的调控，还受到金属蛋白酶ADAMTS-13的调节，并依赖于血流动力学环境。本项目研究了这一分子间的力-化学耦合相互作用过程，主要关注vWF与GPIba和ADAMTS-13的反应动力学及ADAMTS-13的酶切活性的力学调控机制和分子结构基础。结合生物力学建模、原子力显微镜和流动腔实验，我们在测定ADAMTS-13的粘附和酶切动力学参数的基础上，我们发现：循环的血流中，无论是ADAMTS-13粘附到还是随后水解酶切vWF的过程，均受到双向的力学调控。力先促进再减弱ADAMTS-13黏附与酶切活性。这提示，A2存在一种最佳解折叠构象，此时，它最易于被ADAMTS13水解，也就是说，无论是ADAMTS-13结合到还是酶切A2，它均偏好与部分而不是过度解折叠的A2构象。通过采用恰当的计算策略，我们利用MD技术，在百纳米的时间尺度内，成功地模拟了力调节的A1/GPIba复合物的解离的“Slip-Catch-Slip bond”途径，结果表明，这一解离途径源于A1与GPIba间的相对刚体运动、A1和GPIba分子的局部动力学性质及结合面内残基相互作用的演化；同时，我们发现，突变诱导的A1局部结构的失稳，是导致2B型血友病的分子机制；此外，我们还提出了一种基于分子动力学模拟的预报抗体/抗原互补位残基的新方法。项目研究成果将深化对血栓形成和止血过程的理解，为血栓和出血性疾病的新干预疗法提供有用的信息和新的思路，而且可为新型抗血栓单克隆抗体及其他抗体的发展提供了一种新的技术手段。