病毒進化及病毒和宿主作物之間相互作用的研究.pdf

1、病毒進化及突變模式，病毒和作物之間相互作用的機理越來越受到作物學(xué)家們的關(guān)注。在這篇論文中，作者嘗試在微觀尺度下，利用生物信息學(xué)和分子力學(xué)工具揭示蛋白質(zhì)的動態(tài)結(jié)構(gòu)及相關(guān)重要的生物功能。本研究探討了在RNA干涉中Argonaute蛋白識別小RNA和分解mRNA的機理，計算了病毒蛋白和宿主RNA的相互結(jié)合能。同時利用交互信息模型，發(fā)展了基于位點轉(zhuǎn)換的流感病毒進化網(wǎng)絡(luò)。整個工作主要分為下面三個部分。
　　 在第一部分，作者利用分子動力學(xué)

2、模擬(MD)來研究p19蛋白和siRNA的識別機制及其突變體的效應(yīng)。研究的對象包括野生型和W39G&W42G突交體。常規(guī)MD和拉伸分子動力學(xué)(SMD)都表明當(dāng)p19與小RNA結(jié)合時，突變型要比野生型不穩(wěn)定。這些結(jié)果和實驗的結(jié)果是一致的。與此同時，作者用自由能微擾(FEP)成功預(yù)測了p19和RNA結(jié)合自由能的變化，相對于野生型，單氨基酸突變體(W39G)損失了6.98±0.95 kcal/mol的結(jié)合自由能，雙氨基酸突變W39/42G損失

3、了12.8±1.0 kcal/mol的結(jié)合自由能，并且得出90％的貢獻來自范德華力相互作用。這些結(jié)果表明W39/42G突變打斷了RNA堿基和色氨酸(tryptophan)之間π-π鍵相互作用。這些大規(guī)模的模擬提供了RNA病毒蛋白和其宿主鍵協(xié)同進化關(guān)系的新見解。
　　 在第二部分，作者揭示了Argonaute二聚體識別和降解mRNA的機制并建立了兩種最近報道的靶鏈RNA（11-nt和15-nt）和Argonaute三聚體的三維結(jié)構(gòu)

4、模型。對于兩個不同長度的靶RNA鏈，我們得出了相似的模擬結(jié)果:當(dāng)堿基錯配個數(shù)在引導(dǎo)鏈(guide) RNA和靶鏈(target) RNA的“seed”位置之間增加時，A-form結(jié)構(gòu)的雙螺旋會逐漸變形，當(dāng)堿基錯配個數(shù)超過兩個時,Argonaute三聚體將不能穩(wěn)定存在。在極端的4個堿基錯配情況下，核苷酸雙鏈與Argonaute的L1和L2片段的氫鍵將全部斷掉，由此誘發(fā)了整個PAZ功能域在空間上沿著L1和L2片段的相對旋轉(zhuǎn)，因而導(dǎo)致Argo

5、naute蛋白整個核酸結(jié)合區(qū)被打開。這種在核酸和PAZ功能域之間的長距離的相互作用，揭示了“seed”區(qū)域在引導(dǎo)鏈-靶鏈結(jié)合中的重要作用:它不僅決定了引導(dǎo)鏈-靶鏈成核和延伸，而且控制了整個PAZ功能域的構(gòu)象變化。除此以外，我們把引導(dǎo)鏈由DNA換成了更加普遍的RNA，并得出了相似的結(jié)論。這些結(jié)果支持了RNA也可能在Thermus thermophilus的RNA干涉中作為引導(dǎo)鏈，并且對堿基錯配不像DNA作為引導(dǎo)鏈那樣敏感。
　　

6、在最后一節(jié)，作者通過交互信息預(yù)型對流感病毒抗原性及其遺傳進化途徑進行了分析。交互信息模型作用于每一個hemagglutinin(HA)蛋白位點，從而生成位點轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)(STN)。STN網(wǎng)絡(luò)表明大部分的動態(tài)相互作用位置在抗原表位周圍和受體結(jié)合域(RBD)地區(qū)，并且突變位點對將要突變成的氨基酸的種類有強烈的偏好。STN網(wǎng)絡(luò)還表明，隨著時間的推移，抗原的變化也在積累并當(dāng)在多個抗原位點同時突變時，整個病毒的表型會發(fā)生較大的變化。通過聚類分析把整個