RNA-蛋白质结合机制与复合物结构预测研究

近来发现大量非编码RNA通过与蛋白质相互作用参与重要的生命过程。RNA-蛋白质复合物结构是认识这些RNA生物学功能的基础。而目前实验获得的RNA-蛋白质复合物结构数目还非常有限，因此利用理论方法对其进行预测十分必要。另一方面，虽然蛋白质-蛋白质复合物结构预测已有一批比较成熟的分子对接软件，但目前还没有一个公开的RNA-蛋白质复合物结构预测方法。我们在RNA与蛋白质识别机制和刚体对接方面已进行了一定的研究，发现RNA与蛋白质相互作用界面特征和蛋白质与蛋白质相互作用界面有很大的不同，不能把蛋白质-蛋白质对接方法直接用于RNA－蛋白质复合物结构预测。本申请项目希望通过更深入和系统地研究RNA和蛋白质识别的物理机制，预测它们的对接方位和结合位点,在此基础上利用我们已有的RNA-蛋白质刚体对接方法，并结合基于分子动力学的复合物构象筛选，建立一套完整的RNA-蛋白质复合物结构预测方法RPDock。

蛋白质-蛋白质、蛋白质-RNA相互作用在很多重要的生命过程中发挥关键的作用。蛋白质-RNA相互作用界面的预测与设计可以加深我们理解这些分子的生物学功能与分子识别的物理化学原理。我们研究发现长程静电相互作用在RNA-蛋白质识别中起重要作用,在RNA-蛋白质结合位点附近存在静电势阱。针对RNA-蛋白质相互作用界面存在氨基酸残基偏好、较强的静电相互作用、π-π 堆积相互作用等，提出了一套基于快速傅里叶变换的全新RNA-蛋白质三维复合物结构预测方法3dRPC，和一个具有摩尔分数修正全新参考态的统计势，其前10个模型的预测成功率为48%。当RNA与蛋白质在结合前后构象变化不大时，该方法能较好地模建RNA-蛋白质复合物结构。随着解出的蛋白质结构与RNA结构增多，该方法在基因组尺度对RNA-蛋白质相互作用靶点进行识别，以及功能RNA分子设计方面有具有潜在的应用价值。此外，由于实验测定的RNA-蛋白质相互作用数据在构建相互作用的理论模型的研究中比较重要，我们构建了RNA-protein亲和性数据集。该数据集将为我们进一步开发RNA-蛋白质相互作用的打分函数提供关键的支持。最后，设计或者发现一个能够阻断蛋白质-蛋白质相互作用的小分子或者多肽药物仍然是非常困难的问题。蛋白质与蛋白质结合过程如果存在构象变化，那么其动态的结合过程中间可能存在一些较稳定的瞬时中间态，如果能够设计一个多肽能够识别其瞬时中间态，将有可能阻断蛋白质-蛋白质相互作用。基于这一思想，针对CDK2/Cyclin E相互作用体系，我们利用分子对接、结构模建以及分子动力学模拟等手段进行综合设计了6个多肽，细胞实验和SPR实验证实其中两个多肽DAALT，YAALQ具有活性，其中DAALT与CDK2的结合强度达到0.5μM。该多肽设计策略在一些类似的蛋白质-蛋白质相互作用体系具有潜在的参考价值。