FoxO1-DＮA復(fù)合物的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究

萬華+常珊

摘要：采用分子動(dòng)力學(xué)分別模擬了ＦｏｘＯ１和兩個(gè)不同的ＤＮＡ序列ＩＲＥ－ＤＮＡ、ＤＢＥ－ＤＮＡ結(jié)合形成的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。６ ｎｓ的分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果表明，ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)較ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)更穩(wěn)定，和試驗(yàn)中活性測試結(jié)果一致。兩個(gè)系統(tǒng)的氫鍵計(jì)算顯示，ＤＢＥ－ＤＮＡ在堿基Ｔｈｙ２、Ｇｕａ３和Ｔｈｙ７′上和ＦｏｘＯ１形成了更多的高占有率的氫鍵，使得ＤＢＥ－ＤＮＡ和ＦｏｘＯ１結(jié)合得更加緊密。通過比較ＤＮＡ構(gòu)象參數(shù)，揭示了ＤＮＡ序列在５′端小溝的壓縮以及３′端大溝的擴(kuò)張是有利于和ＦｏｘＯ１結(jié)合的優(yōu)勢構(gòu)象。為從原子水平上理解ＦｏｘＯ１的調(diào)控機(jī)理提供了一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：ＦｏｘＯ１；ＤＮＡ；分子動(dòng)力學(xué)模擬；大溝；小溝

中圖分類號(hào)：Ｑ５１；Ｑ５２文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：0439－８114（２０14）09－2184-05

Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎs of ｔｈｅ ＦｏｘＯ１－ＤＮＡ Ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ

ＷＡＮ Ｈｕａ，ＣＨＡＮＧ Ｓｈａｎ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ， Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４２， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄｙｎａｍｉｃｓ（ＭＤ） ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｗｏ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ＦｏｘＯ１ binding with ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ＤＮＡ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ＩＲＥ－ＤＮＡ ａｎｄ ＤＢＥ－ＤＮＡ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ６ ｎｓ ＭＤ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ showed ｔｈａｔ ｔｈｅ ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ ｓｙｓｔｅｍ had ｈｉｇｈｅｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ ｓｙｓｔｅｍ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ． Ｂｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉng ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｂｏｎｄｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｓｙｓｔｅｍｓ， ｔｈｅｒｅ were ｍｏｒｅ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｂｏｎｄｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｏｃｃｕｐａｎｃｙ ｆｏｒｍｅｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｂａｓｅｓ Ｔｈｙ２，Ｇｕａ３，Ｔｈｙ７′ ｏｆ ＤＢＥ－ＤＮＡ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ＦｏｘＯ１． Ｉｔ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅd ｔｏ ｈｉｇｈｅｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ＤＮＡ ｇｒｏｏｖｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ showed ｔｈａｔ ｉｔ ｉｓ ｈｅｌｐｆｕｌ ｔｏ ｂｉｎｄｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ＦｏｘＯ１ ｆｏｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｎｇ ｍｉｎｏｒ ｇｒｏｏｖｅ ａｔ ５′ ｅｎｄ ａｎｄ ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ｍａｊｏｒ ｇｒｏｏｖｅ ａｔ ３′ ｅｎｄ． It will ｐｒｏｖｉｄｅ ｎｅｗ ｉｎｓｉｇｈｔｓ ｉｎｔｏ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｔｈｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ＦｏｘＯ１－ＤＮＡ ａｆｆｉｎｉｔｙ ａｔ ａｔｏｍｉｃ ｌｅｖｅｌ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＦｏｘＯ１；ＤＮＡ；ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｍａｊｏｒ ｇｒｏｏｖｅ； ｍｉｎｏｒ ｇｒｏｏｖｅ

ＦｏｘＯ蛋白是Ｆｏｘ家族的一個(gè)亞群，它們在哺乳動(dòng)物細(xì)胞的凋亡、應(yīng)激、細(xì)胞周期阻滯、ＤＮＡ損傷／修復(fù)以及糖代謝調(diào)節(jié)中起著重要作用［１］。另外，小鼠基因敲除研究證明ＦｏｘＯｓ也是腫瘤抑制因子［２］。作為ＦｏｘＯ蛋白家族的主要成員，ＦｏｘＯ１轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子在動(dòng)物的生長和肉品質(zhì)方面發(fā)揮著重要的作用，并可能是糖尿病等疾病的重要治療靶點(diǎn)［３，４］。ＦｏｘＯ１含有一段約１００個(gè)氨基酸殘基組成的ＤＮＡ結(jié)合域，此區(qū)域稱為ＦｏｘＯ１保守叉頭（ｆｏｒｋｈｅａｄ）盒序列，也叫做帶翼螺旋（Wｉｎｇｅｄ ｈｅｌｉｘ）。ＦｏｘＯ１保守叉頭和不同ＤＮＡ的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)研究［５］揭示了ＦｏｘＯ１與不同ＤＮＡ序列結(jié)合調(diào)節(jié)著ＦｏｘＯ１的活性。如圖１所示，ＦｏｘＯ１保守叉頭可以分別和ＩＲＥ－ＤＮＡ識(shí)別序列（５′－ＴＴＧＴＴＴＴＧ－３′）以及ＤＢＥ－ＤＮＡ識(shí)別序列（５′－ＴＴＧＴＴＴＡＣ－３′）形成穩(wěn)定的復(fù)合物結(jié)構(gòu)ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ和ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ。比較ＩＲＥ－ＤＮＡ和ＤＢＥ－ＤＮＡ，這兩個(gè)序列在第７和８號(hào)位點(diǎn)的堿基對不同，這導(dǎo)致了ＦｏｘＯ１對ＤＢＥ－ＤＮＡ的結(jié)合活性是對ＩＲＥ－ＤＮＡ結(jié)合活性的兩倍［５］。那么，ＦｏｘＯ１和不同的ＤＮＡ序列結(jié)合導(dǎo)致活性差別的原因是什么，ＦｏｘＯ１保守叉頭和ＤＮＡ之間具體形成了哪些穩(wěn)定的相互作用，ＤＮＡ在結(jié)合位點(diǎn)上的構(gòu)象如何影響著與ＦｏｘＯ１蛋白的結(jié)合等問題有待進(jìn)一步闡明。為探討以上問題，本研究對ＦｏｘＯ１和ＩＲＥ－ＤＮＡ、ＤＢＥ－ＤＮＡ結(jié)合的復(fù)合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬研究，以深入理清ＦｏｘＯ１和ＤＮＡ的相互作用機(jī)制。

１模擬方法

分別以ＦｏｘＯ１和ＤＮＡ復(fù)合物的兩個(gè)晶體結(jié)構(gòu)（ＰＤＢ代碼：３ＣＯＡ和３ＣＯ６）為初始結(jié)構(gòu)［５］，采用ＶＭＤ １．９［6］軟件搭建兩個(gè)分子動(dòng)力學(xué)模擬（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄｙｎａｍｉｃｓ，ＭＤ）體系：ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)和ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)。每個(gè)初始結(jié)構(gòu)被放置在填充了ＴＩＰ３Ｐ水分子的周期性立方盒子中心，距離水盒子邊界的最小距離大約１０ ?魡。２５Ｎａ＋和２４Ｎａ＋分別被加到ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ和ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)中進(jìn)行電性中和。然后，使用ＮＡＭＤ ２．６軟件包［７］和ＣＨＡＲＭＭ２７［８］對核酸的全原子力場，對兩個(gè)體系進(jìn)行ＭＤ模擬。ＳＨＡＫＥ算法［９］用于約束鍵長，ＰＭＥ方法［１０］用于計(jì)算靜電相互作用，非鍵相互作用的截?cái)嗑嚯x設(shè)為１２ ?魡。每個(gè)模擬過程均包含３個(gè)步驟：①對體系進(jìn)行２０ ０００步的能量最小化；②約束溶質(zhì)分子進(jìn)行０．５ ｎｓ的預(yù)平衡ＭＤ模擬，約束力常數(shù)為０．１ ｋｃａｌ／（ｍｏｌ·?魡２），這個(gè)階段對體系進(jìn)行緩慢升溫，溫度從０ Ｋ逐步升到３１０ Ｋ；③放開約束，進(jìn)行６ ｎｓ的恒溫（３１０ Ｋ）恒壓（１ ａｔｍ）平衡ＭＤ模擬，其中溫度和壓強(qiáng)采用Ｌａｎｇｅｖｉｎ ｐｉｓｔｏｎ［１１］的方法控制。平衡ＭＤ模擬的積分步長為２ ｆｓ，蛋白質(zhì)和ＤＮＡ結(jié)構(gòu)坐標(biāo)每２．０ ｐｓ采樣１次，因此每個(gè)體系均收集了３ ０００個(gè)構(gòu)象用于分析。

２結(jié)果與分析

２．１整體結(jié)構(gòu)變化

首先檢查ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ和ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ兩個(gè)系統(tǒng)在６ ｎｓ 動(dòng)力學(xué)模擬中勢能隨時(shí)間的變化，兩個(gè)體系的勢能分別為－３１ ２１１ ｋＪ／ｍｏｌ和-３４ ０１３ ｋＪ／ｍｏｌ，對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差約為８６ ｋＪ／ｍｏｌ和９２ ｋＪ／ｍｏｌ，勢能波動(dòng)范圍均在０．２７％左右，反映兩個(gè)體系的動(dòng)力學(xué)模擬是平穩(wěn)可靠的。被模擬結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性一般用方均根偏差（Ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ，ＲＭＳＤ）來測量。兩個(gè)系統(tǒng)中ＦｏｘＯ１蛋白和ＤＮＡ的骨架原子相對于初始結(jié)構(gòu)的ＲＭＳＤ隨時(shí)間的變化見圖２。由圖２可以看出，兩個(gè)體系的ＲＭＳＤ均在３ ｎｓ 以后保持穩(wěn)定，因此３～６ ｎｓ 部分被作為平衡軌跡。計(jì)算平衡軌跡的ＲＭＳＤ，ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)中的ＦｏｘＯ１和ＩＲＥ－ＤＮＡ的ＲＭＳＤ分別收斂于２．３ ?魡和２．０ ?魡；ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)中的ＦｏｘＯ１和ＤＢＥ－ＤＮＡ的ＲＭＳＤ分別收斂于２．１ ?魡和１．８ ?魡。因此，ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)比ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)結(jié)合得更穩(wěn)定。ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ晶體結(jié)構(gòu)分辨率為２．２ ?魡，ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ晶體結(jié)構(gòu)分辨率為２．１ ?魡，同時(shí)試驗(yàn)結(jié)果表明ＦｏｘＯ１對ＤＢＥ－ＤＮＡ的結(jié)合活性大約是ＩＲＥ－ＤＮＡ的兩倍［５］。由此可見，本研究的模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果一致，故本研究的模擬結(jié)果是可靠的。

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被模擬結(jié)構(gòu)的柔性一般用方均根漲落（Ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ，ＲＭＳＦ）來表示，它反映體系在模擬過程中相對于平均結(jié)構(gòu)所發(fā)生的構(gòu)象變化，殘基的ＲＭＳＦ越高則柔性越大。兩個(gè)體系平衡軌跡中蛋白ＦｏｘＯ１的Ｃα原子ＲＭＳＦ的分布和相關(guān)性見圖３。從圖３Ａ可知，兩個(gè)體系中ＲＭＳＦ分布比較相似。ＲＭＳＦ相對較低的位置在Ｔｙｒ１６５（Ｎ端）、Ｓｅｒ１８４~Ｔｙｒ１８７（α２螺旋）、Ａｓｎ２１１~Ｓｅｒ２１８（α３螺旋）、Ｓｅｒ２３５~Ｔｒｐ２３７（ｗｉｎｇ１）這幾個(gè)區(qū)域上，這可能是因?yàn)樵谶@幾個(gè)區(qū)域ＦｏｘＯ１蛋白和ＤＮＡ形成了穩(wěn)定的相互作用，從而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)幅度降低。兩個(gè)體系中ＲＭＳＦ相對較高的位置基本分布在Ｓｅｒ１７５~Ｌｙｓ１７９（連接α１和α２螺旋的ｌｏｏｐ區(qū)）、Ｌｙｓ１９８~Ａｓｎ２０４（連接α３和α４螺旋的ｌｏｏｐ區(qū)）、Ｇｌｕ２２９~Ｔｈｒ２３１（ｗｉｎｇ１）這幾個(gè)區(qū)域。值得注意是，和ＤＢＥ－ＤＮＡ結(jié)合的ＦｏｘＯ１的穩(wěn)定性比和ＩＲＥ－ＤＮＡ結(jié)合的要高（圖２Ａ），同時(shí)和ＤＢＥ－ＤＮＡ結(jié)合的ＦｏｘＯ１的柔性比和ＩＲＥ－ＤＮＡ結(jié)合的也相對偏高（圖３Ａ）。這可能是因?yàn)榈鞍祝疲铮希痹谝陨希欤铮铮饏^(qū)和ｗｉｎｇ１區(qū)的高柔性有利于幫助調(diào)整其ＤＮＡ結(jié)合域上殘基的方位，從而更好地和ＤＮＡ形成相互作用。兩個(gè)體系中蛋白ＦｏｘＯ１的ＲＭＳＦ的相關(guān)性比較見圖３Ｂ，其相關(guān)系數(shù)（Ｒ）達(dá)到０．８，表明兩個(gè)體系雖然在ＤＮＡ識(shí)別序列的最后兩個(gè)堿基對的類型上有所不同（圖１），但蛋白ＦｏｘＯ１的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)沒有發(fā)生根本性變化。

２．２氫鍵分析

分析蛋白ＦｏｘＯ１和ＤＮＡ副鏈上形成的氫鍵對于在原子層面上理解ＦｏｘＯ１和ＤＮＡ的相互作用非常重要。本研究中氫鍵計(jì)算的幾何判據(jù)為截?cái)嗑嚯x３．５ ?魡和截?cái)嘟嵌龋常怠悖郏保玻?，ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ和ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ兩個(gè)體系中氫鍵占有率在５０％以上的成鍵情況見表１。兩個(gè)復(fù)合物體系中的氫鍵信息基本一致，蛋白ＦｏｘＯ１以下幾個(gè)殘基都和ＤＮＡ相同位置上的堿基的磷酸基團(tuán)形成穩(wěn)定氫鍵：Ｔｙｒ１６５（Ｎ端）、Ｔｙｒ１８７（α２螺旋）、Ｓｅｒ２１８（α３螺旋）、Ｓｅｒ２３５／Ｔｒｐ２３７（ｗｉｎｇ１）。因?yàn)榈鞍祝疲铮希痹谶@幾個(gè)位點(diǎn)和ＤＮＡ形成了穩(wěn)定的相互作用，因此在殘基ＲＭＳＦ分布圖中（圖２Ａ），這幾個(gè)位置的ＲＭＳＦ基本都處于局部較小值。在ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)中，殘基Ａｓｎ２１１和堿基Ａｄｅ５′形成堿基特異性識(shí)別氫鍵；在ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)中，殘基Ｈｉｓ２１５和堿基Ｔｈｙ６形成堿基特異性識(shí)別氫鍵。以上證實(shí)了ＦｏｘＯ１蛋白的殘基Ａｓｎ２１１和Ｈｉｓ２１５負(fù)責(zé)與ＤＮＡ形成特異性識(shí)別相互作用。

值得注意的是，ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)僅形成了６個(gè)穩(wěn)定氫鍵，而ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)形成了９個(gè)穩(wěn)定氫鍵。通過氫鍵數(shù)量對比，很好地解釋了ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)相對ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性。具體來講，和ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ比較，ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ的蛋白ＦｏｘＯ１和ＤＮＡ序列的第２、３和７′號(hào)堿基上的磷酸骨架形成的氫鍵數(shù)目分別多出一個(gè)。在這３個(gè)堿基中，兩個(gè)系統(tǒng)僅在第７′號(hào)位點(diǎn)的堿基類型不同（ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ：Ｔｈｙ７′；ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ：Ａｄｅ７′），因此，筆者認(rèn)為這兩個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性差異可能和第７＇號(hào)的堿基類型改變是相關(guān)的，由此引起ＤＮＡ骨架和蛋白ＦｏｘＯ１之間的結(jié)合緊密程度有所改變。

２．３ＤＮＡ結(jié)合位點(diǎn)的構(gòu)象分析

ＤＮＡ的構(gòu)象變化對于蛋白質(zhì)與ＤＮＡ的識(shí)別和結(jié)合是非常關(guān)鍵的，而溝參數(shù)的變化經(jīng)常和蛋白質(zhì)與ＤＮＡ之間的相互作用聯(lián)系在一起［１３，１４］。ＦｏｘＯ１－ＤＮＡ復(fù)合物晶體研究［５］表明，蛋白ＦｏｘＯ１和ＤＮＡ的１～４號(hào)堿基對的小溝發(fā)生相互作用，且和ＤＮＡ的５～８號(hào)堿基對的大溝發(fā)生相互作用。因此，有必要分析ＤＮＡ識(shí)別序列（１～８號(hào)堿基對）在堿基層上的小溝和大溝的變化對與蛋白ＦｏｘＯ１結(jié)合的影響。本研究從ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ和ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ兩個(gè)系統(tǒng)的３～６ ｎｓ的平衡軌跡中每隔１０ ｐｓ采樣一次，各抽取了３００個(gè)ＤＮＡ的結(jié)構(gòu)快照，然后分別計(jì)算每個(gè)系統(tǒng)中這３００個(gè)ＤＮＡ結(jié)構(gòu)在堿基上的大、小溝參數(shù)的平均值，結(jié)果見圖４。從圖４ Ａ、Ｂ可以看出，ＤＢＥ－ＤＮＡ相對ＩＲＥ－ＤＮＡ在５′端（１～４號(hào)堿基對）的小溝深度變化不大，但小溝寬度明顯下降。有研究表明，蛋白質(zhì)與ＤＮＡ帶負(fù)電的磷酸骨架發(fā)生中和作用可以幫助ＤＮＡ小溝的壓縮［１５］，這對于蛋白質(zhì)－ＤＮＡ的相互結(jié)合非常重要。相對ＩＲＥ－ＤＮＡ，ＤＢＥ－ＤＮＡ在２、３號(hào)堿基的磷酸基團(tuán)和蛋白ＦｏｘＯ１上分別多形成了一個(gè)氫鍵，且都是和帶有正電的精氨酸（Ａｒｇ）發(fā)生相互作用（表１）。這顯然更好地中和了ＤＮＡ磷酸骨架的負(fù)電效應(yīng)，所以ＤＢＥ－ＤＮＡ在５′端的小溝被壓縮是和蛋白ＦｏｘＯ１的骨架形成緊密結(jié)合的優(yōu)勢構(gòu)象。另外，由于ＤＮＡ的３′端（５～８號(hào)堿基對）是在大溝內(nèi)和蛋白ＦｏｘＯ１結(jié)合，因此研究ＤＮＡ序列３′端的大溝變化顯得尤為重要。ＤＢＥ－ＤＮＡ在７、８號(hào)堿基對附近的大溝深度明顯小于ＩＲＥ－ＤＮＡ，且大溝寬度明顯大于ＩＲＥ－ＤＮＡ（圖４Ｃ、Ｄ）。從圖４Ｄ上可以發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)系統(tǒng)均在５～６號(hào)堿基對上有最高的大溝寬度值。原因是ＩＲＥ－ＤＮＡ的５′號(hào)堿基和蛋白ＦｏｘＯ１形成了一個(gè)特異性識(shí)別氫鍵，ＤＢＥ－ＤＮＡ的６號(hào)堿基和蛋白ＦｏｘＯ１形成了特異性識(shí)別氫鍵。相應(yīng)的，ＩＲＥ－ＤＮＡ和ＤＢＥ－ＤＮＡ體系在５、６號(hào)堿基對上大溝寬度達(dá)到峰值。因而，相比ＩＲＥ－ＤＮＡ的構(gòu)象，ＤＢＥ－ＤＮＡ在３′端的大溝顯得更寬更淺，提供了更大的和蛋白ＦｏｘＯ１相互接觸的面積。這一點(diǎn)也可以從氫鍵分析中得到證實(shí)，即ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)比ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)在７＇位置上的堿基的磷酸骨架多形成了一個(gè)氫鍵。所以，ＤＢＥ－ＤＮＡ在３′端的大溝的擴(kuò)張更有利于和蛋白ＦｏｘＯ１結(jié)合。總的來說，和ＩＲＥ－ＤＮＡ溝參數(shù)相比，ＤＢＥ－ＤＮＡ的溝參數(shù)在結(jié)合區(qū)域上顯示出更加有利于和蛋白ＦｏｘＯ１結(jié)合的ＤＮＡ構(gòu)象。

３小結(jié)與討論

本研究采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法研究了ＦｏｘＯ１和ＤＮＡ之間的相互作用機(jī)制。ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ和ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ兩個(gè)系統(tǒng)的ＲＭＳＤ比較表明，ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)更加穩(wěn)定，與試驗(yàn)中這兩個(gè)結(jié)構(gòu)的活性比較的結(jié)論是一致的，這表明本研究的模擬結(jié)果是可靠的。同時(shí)，兩個(gè)系統(tǒng)的ＲＭＳＦ相比較，揭示了蛋白ＦｏｘＯ１的兩個(gè)ｌｏｏｐ區(qū)和ｗｉｎｇ１區(qū)的柔性對于和ＤＮＡ的結(jié)合是有利的。氫鍵分析表明，ＦｏｘＯ１蛋白的殘基Ａｓｎ２１１和Ｈｉｓ２１５可以和ＤＮＡ形成特異性識(shí)別相互作用。與ＦｏｘＯ１／ＩＲＥ－ＤＮＡ比較， ＦｏｘＯ１／ＤＢＥ－ＤＮＡ系統(tǒng)中蛋白ＦｏｘＯ１和堿基Ｔｈｙ２、Ｇｕａ３和Ｔｈｙ７＇的磷酸骨架可以形成更多的相互作用，使得ＦｏｘＯ１和ＤＢＥ－ＤＮＡ序列更好地結(jié)合。此外，對比ＩＲＥ－ＤＮＡ序列，ＤＢＥ－ＤＮＡ在３＇端的大溝更寬、更淺，且在５＇端的小溝更窄，這種構(gòu)象更有利于ＤＮＡ和ＦｏｘＯ１蛋白形成更多的相互作用。本研究的模擬對于進(jìn)一步探討ＦｏｘＯ１的調(diào)控機(jī)理以及和ＤＮＡ分子的相互作用機(jī)制，對以后開展動(dòng)物生產(chǎn)服務(wù)及為糖尿病等疾病的治療具有一定意義。

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