стартовая / работа / проекты / Моделирование пептидов в мембране методом Монте-Карло

Тестирование модели неявно заданной мембраны

(Прочитайте про модель неявно заданной мембраны)

Трансмембранный фрагмент (69–97) гликофорина А человека

Один из наиболее удобных объектов для тестирования модели — трансмембранный фрагмент (69–97) гликофорина А человека (GpA). Этот пептид относительно короткий (29 остатков), что существенно упрощает трактовку результатов моделирования. Структура этого пептида определена методом ЯМР-спектроскопии в мецеллах ДФХ. И, наконец, он образует димеры в мембранном окружении, что позволяет в дальнейшем расширить его исследования до анализа белок–белковых взаимодействий в мембране.

Рис. 1 Изменение структуры пептида в течение МК расчетов.

На первом этапе моделирования был использован протокол расчетов, протестированный при исследовании поли-Leu. Низкоэнергетические состояния можно разбить на две группы: (1) трансмембранные α-спирали и (2) спиральные шпильки (см. рисунок). Конформационные энергии этих состояний близки, таким образом, предложенная модель не может разделить эти состояния. Возможная причина такой структурной гетерогенности заключается в симметричных свойствах используемой модели мембраны. Мембрана природных клеток асимметрична по липидному составу, трансмембранному электростатическому потенциалу и т.д. Для того чтобы учесть эту асимметрию, в модель был добавлен терм, имитирующий влияние ТМ электростатического потенциала. Конформационный поиск был продолжен с использованием модифицированной модели. В результате низкоэнергетическим состояниям наблюдались только ТМ ориентация α-спирали, что согласуется с данными эксперимента.

Фузионный пептид гемагглютинин (НА) из вируса гриппа и его гомологи

Согласие результатов моделирования и экспериментальных данных подтверждает применимость модели для исследования взаимодействия спиральных пептидов с мембраной. Таким образом, мы можем использовать модель для исследования пептидов с слабо изученных экспериментальными методами. Один из классов таких типов пептидов — фузионные пептиды. Целью данного исследования являлось выявление особенностей, ответственных за способность пептида вызывать слияние мембран.

Для этого исследовались моды связывания и распределения гидрофобных свойств на поверхности для НА и ряда его активных и неактивных аналогов.

Рис. 2 Двумерные изопотенциальные карты распределения молекулярного гидрофобного потенциала (МГП) на поверхности активного D4 (а) и неактивного E5NN (б) пептидов. По данным МК оба пептида при связывании с мембраной находятся в α-спиральной конформации. Значения по оси X соответствуют углу вращения вдоль оси спирали; вдоль оси Y — смещению вдоль спирали. На карту нанесены только гидрофобные области с МГП>0.1 отн.ед. (интервал между контурами 0.015). Положение остатков отмечено номером и названием. Толстая линия Z=aα+b минимизирует сумму |Zi-aαi−b| для набора точек поверхности с МГП>0.12.

Результаты:

1. Общие свойства для всех (активных и неактивных) пептидов:
   • Периферическое связывание, предпочтительная ориентация неполярных и полярных групп в гидрофобный слой и воду соответственно;
   • Высокая степень α-спиральности;
   • Встраивание N-конца пептида в мембрану.
2. Специфические особенности пептидов с фузионной активностью:
   • Определенная глубина встраивания в мембрану;
   • Наличие наклонного гидрофобного паттерна на поверхности спирали.

На основании результатов исследования предложен алгоритм распознавания по последовательности пептидов с потенциальной фузионной и дестабилизирующей мембрану активностями.

Почитайте про молекулярный гидрофобный потенциал (МГП).

© 2003–2007
batch2k.