结合复杂网络和分子动力学模拟探索蛋白质构象演化的分析方法研究

The structure of protein and its changing process in organisms are very complicated, and various life activities are closely related with the dynamic structure change of protein. So analysis transition of protein conformation has become an important development trend in studying the function of protein structures. This project combines complex network model with molecular dynamics simulation to extract the most important useful information of trajectory data. And quantitatively analyzes the protein structure dynamic characteristic and explores the correlation among protein conformations in the process of molecular dynamics simulation and then further obtains the influence mechanism of key residues on protein function realization. At the same time, using complex network visualization technology to present the structural dynamic features during the conformation transition, it can provide theoretical information and guidance for studying on the protein conformation changes during the process of functions realization and signal transduction mechanisms. So the project has important academic and practical significance for biological medicine field.

蛋白质的结构及其在生物体内的变化过程非常复杂，生物体内的各种生命活动都与蛋白质的动态结构变化息息相关。因此对蛋白质构象变化的分析已成为蛋白质结构功能研究的一个重要发展趋势。为了更加有效提取分子动力学模拟所获得轨迹数据的有用信息，本项目将复杂网络方法与分子动力学模拟相结合，通过复杂网络的技术实现蛋白质动态结构特性的定量分析，探究蛋白质分子动力学模拟过程中构象之间相互关联性，并深入研究构象中关键残基对蛋白质功能实现的影响机制。同时使用复杂网络可视化技术对蛋白质构象演化的动态结构信息进行展示，为蛋白质构象变化过程中信号传导机制和功能实现的探明提供理论信息和指导。因此本项目的研究对于生命医药领域有着重要的学术和实际意义。

蛋白质的结构及其在生物体内的变化过程非常复杂，生物体内的各种生命活动都与蛋白质的动态结构变化息息相关。本项目将复杂网络方法与分子动力学模拟相结合，以G蛋白偶联受体A，B，C家族受体作为研究对象进行微秒级的分子动力学模拟，通过复杂网络的技术对蛋白质动态结构特性进行了分析。结果表明：在A家族的CCR5受体中，关键残基R126N突变，G286F突变会改变信号传导，影响受体激活机制；在B家族GLP-1R受体活性和非活性晶体中，阐明了配体结合区到G蛋白结合区的最短信号传导路径，找出了对信号传导作出重要贡献的残基，进一步证实了N240在维持GLP-1R功能中的重要作用；在Class C mGluR1二聚体的研究中，揭示了激动剂对mGluR1二聚体的激活并不是依靠单一的trans-activation或者cis-activation激活的方式，而是联合trans-activation和cis-activation两种激活方式协同激活了亚基A的跨膜区域。本项目的研究深入分析了蛋白质分子动力学模拟过程中构象之间相互关联性，构象中关键残基对蛋白质功能实现的影响机制，为蛋白质构象变化过程中信号传导机制和功能实现的探明提供理论信息和指导，对于生命医药领域有着重要的学术和实际意义。