ZAβ3和Aβ16-40亲和作用的分子机理解析

刘夫锋 范玉波 刘珍 白姝

引用本文: 刘夫锋,  范玉波,  刘珍,  白姝. ZAβ3和Aβ16-40亲和作用的分子机理解析[J]. 物理化学学报, 2017, 33(9): 1905-1914. doi: 10.3866/PKU.WHXB201704274 shu
Citation:  LIU Fu-Feng,  FAN Yu-Bo,  LIU Zhen,  BAI Shu. Molecular Mechanism Underlying Affinity Interactions between ZAβ3 and the Aβ16-40 Monomer[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(9): 1905-1914. doi: 10.3866/PKU.WHXB201704274 shu

ZAβ3和Aβ16-40亲和作用的分子机理解析

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21576199)资助项目

摘要: 淀粉样多肽(amyloid-β peptide,Aβ)聚集是引起阿尔兹海默症(Alzheimer's disease,AD)的主要原因。开发Aβ聚集抑制剂是治疗AD的最有效手段之一。利用噬菌体展示技术筛选出来的ZAβ3蛋白质能够有效抑制Aβ聚集,但ZAβ3和Aβ之间的作用区域和关键氨基酸残基尚不清楚。针对此问题,本研究利用分子动力学模拟、MM-PBSA自由能计算和分解方法研究了ZAβ3-Aβ16-40复合物之间的相互作用机制。结果表明,ZAβ3的β-股和Aβ16-40之间的亲和作用占主导,而ZAβ3的α-螺旋贡献很小。利用分子力学-帕松波尔茨曼溶剂可及化表面积方法(MM-PBSA)自由能分解发现ZAβ3的热点残基为E15、I16、V17、Y18、L19、P20、N21和L22,而Aβ16-40的热点残基为F19、F20、A21、E22、D23、K28、I31、I32、G33、L34、M35、V36、G38和V40。ZAβ3通过将发夹型Aβ单体包埋在α-螺旋围成的疏水性腔体内来阻碍Aβ聚集。这种结合模式为设计高效的Aβ蛋白质类抑制剂提供了三个基本要素:高亲和性的结合片段(β-股)、附属结构(α-螺旋)和通过二硫键形成的稳定构象。高亲和性结合片段能竞争性地与Aβ单体结合,附属结构α-螺旋可以阻碍其它Aβ单体靠近,而稳定的构象是上述两种要素发挥作用的基础,三者协同作用可以有效地抑制Aβ聚集。

English

    1. [1]

      (1) Jakob-Roetne, R.; Jacobsen, H. Angew. Chem. Int. Edit. 2009, 48, 3030. doi: 10.1002/anie.200802808

    2. [2]

      (2) Hamley, I.; W. Chem. Rev. 2012, 112, 5147. doi: 10.1021/cr3000994

    3. [3]

      (3) Viola, K. L., Klein, W. L. Acta Neuropathol. 2015, 129, 183. doi: 10.1007/s00401-015-1386-3

    4. [4]

      (4) Benilova, I.; Karran, E.; De Strooper, B. Nat. Neurosci. 2012, 15, 349. doi: 10.1038/nn.3028

    5. [5]

      (5) Liu, F. F.; Ji, L.; Dong, X. Y.; Sun, Y. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 11320. doi: 10.1021/Jp905580j

    6. [6]

      (6) Liu, F. F.; Dong, X. Y.; Sun, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 1643.[刘夫锋, 董晓燕, 孙彦. 物理化学学报, 2010, 26, 1643.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20100613

    7. [7]

      (7) Dong, X. Y.; Du, W. J.; Liu, F. F. Acta Phys.-Chim. Sin. 2012, 28, 2735.[董晓燕, 都文婕, 刘夫锋. 物理化学学报, 2012, 28, 2735.] doi:10.3866/PKU.WHXB201207162

    8. [8]

      (8) Xiong, N.; Dong, X. Y.; Zheng, J.; Liu, F. F.; Sun, Y. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 5650. doi: 10.1021/acsami.5b00915

    9. [9]

      (9) Zhang, M.; Yu, Y.; Wang, C. X.; Yang, Y. L.; Wang, C. Adv. Mater. 2013, 25, 3780. doi: 10.1002/adma.201301210

    10. [10]

      (10) Xie, B.; Liu, F.; Dong, X.; Wang, Y.; Liu, X. M.; Sun, Y. J. Inorg. Biochem. 2017, 171, 67. doi: 10.1016/j.jinorgbio.2017.03.009

    11. [11]

      (11) Hoyer, W.; Gronwall, C.; Jonsson, A.; Stahl, S.; Hard, T. P. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008, 105, 5099. doi: 10.1073/pnas.0711731105

    12. [12]

      (12) Phillips, J. C.; Braun, R.; Wang, W.; Gumbart, J.; Tajkhorshid, E.; Villa, E.; Chipot, C.; Skeel, R. D.; Kale, L.; Schulten, K. J. Comput. Chem. 2005, 26, 1781. doi: 10.1002/jcc.20289

    13. [13]

      (13) MacKerell, A. D., Jr.; Banavali, N.; Foloppe, N. Biopolymers 2000, 56, 257. doi: 10.1002/1097-0282(2000)56:4<257::AIDBIP10029>3.0.CO;2-W

    14. [14]

      (14) Nose, S. J. Chem. Phys. 1984, 81, 511. doi: 10.1063/1.447334

    15. [15]

      (15) Essman, U.; Perera, L.; Berkowitz, M. L.; Darden, T.; Lee, H.; Pedersen, L. G. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8577. doi: 10.1063/1.470117

    16. [16]

      (16) Ryckaert, J. P.; Ciccotti, G.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Phys. 1977, 23, 327. doi: 10.1016/0021-9991(77)90098-5

    17. [17]

      (17) Hou, T. J.; Wang, J. M.; Li, Y. Y.; Wang, W. J. Chem. Inf. Model. 2011, 51, 69. doi: 10.1021/Ci100275a

    18. [18]

      (18) Xu, L.; Sun, H. Y.; Li, Y. Y.; Wang, J. M.; Hou, T. J. J. Phys. Chem. B 2013, 117, 8408. doi: 10.1021/Jp404160y

    19. [19]

      (19) Huang, B.; Liu, F. F.; Dong, X. Y.; Sun, Y. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 4168. doi: 10.1021/jp111216g

    20. [20]

      (20) Wang, W.; Kollman, P. A. J. Mol. Biol. 2000, 303, 567. doi: 10.1006/jmbi.2000.4057

    21. [21]

      (21) Liu, F. F.; Liu, Z.; Bai, S.; Dong, X. Y.; Sun, Y. J. Chem. Phys. 2012, 136, 145101. doi: 10.1063/1.3702195

    22. [22]

      (22) Zheng, J.; Jang, H.; Ma, B.; Tsai, C. J.; Nussinov, R. Biophys. J. 2007, 93, 3046. doi: 10.1529/biophysj.107.110700

    23. [23]

      (23) Wang, X.; Sun, X.; Kuang, G.; Agren, H.; Tu, Y. Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17, 16886. doi: 10.1039/c5cp00615e

    24. [24]

      (24) Luheshi, L. M.; Hoyer, W.; de Barros, T. P.; van Dijk Hard, I.; Brorsson, A. C.; Macao, B.; Persson, C.; Crowther, D. C.; Lomas, D. A.; Stahl, S.; Dobson, C. M.; Hard, T. PLoS Biol. 2010, 8, e1000334. doi: 10.1371/journal.pbio.1000334

    25. [25]

      (25) Mirecka, E. A.; Gremer, L.; Schiefer, S.; Oesterhelt, F.; Stoldt, M.; Willbold, D.; Hoyer, W. J. Biotechnol. 2014, 191, 221. doi: 10.1016/j.jbiotec.2014.06.006

    26. [26]

      (26) Mirecka, E. A.; Shaykhalishahi, H.; Gauhar, A.; Akgul, S.; Lecher, J.; Willbold, D.; Stoldt, M.; Hoyer, W. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 4227. doi: 10.1002/anie.201309001

    27. [27]

      (27) Mirecka, E. A.; Feuerstein, S.; Gremer, L.; Schroder, G. F.; Stoldt, M.; Willbold, D.; Hoyer, W. Sci. Rep. 2016, 6, 33474. doi: 10.1038/srep33474

    28. [28]

      (28) Orr, A. A.; Wordehoff, M. M.; Hoyer, W.; Tamamis, P. J. Phys. Chem. B 2016, 120, 12781. doi: 10.1021/acs.jpcb.6b08485

    29. [29]

      (29) Shaykhalishahi, H.; Mirecka, E. A.; Gauhar, A.; Gruning, C. S.R.; Willbold, D.; Hard, T.; Stoldt, M., Hoyer, W. ChemBioChem 2015, 16, 411. doi: 10.1002/cbic.201402552

    30. [30]

      (30) Tjernberg, L. O.; Naslund, J.; Lindqvist, F.; Johansson, J.; Karlstrom, A. R.; Thyberg, J.; Terenius, L.; Nordstedt, C. J. Biol. Chem. 1996, 271, 8545. doi: 10.1074/jbc.271.15.8545

    31. [31]

      (31) Gessel, M. M.; Wu, C.; Li, H.; Bitan, G.; Shea, J. E.; Bowers, M.T. Biochemistry 2012, 51, 108. doi: 10.1021/bi201520b

    32. [32]

      (32) Liu, F. F.; Du, W. J.; Sun, Y.; Zheng, J.; Dong, X. Y. Front. Chem. Sci. Eng. 2014, 8, 433. doi: 10.1007/s11705-014-1454-6

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  • 发布日期:  2017-04-27
  • 收稿日期:  2017-01-26
  • 修回日期:  2017-04-19
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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