糖原合成酶激酶-3β結(jié)構(gòu)與功能的動(dòng)力學(xué)模擬研究.pdf

1、糖原合成酶激酶(GSK-3β)是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，它廣泛的分布在真核細(xì)胞中。在哺乳動(dòng)物中，它主要有α和β兩種同工型，分別有不同的基因編碼。在生物體內(nèi)，GSK-3β除了調(diào)節(jié)糖原合成酶(GS)的活性，還在多條信號(hào)通路中發(fā)揮作用，如Insulin/IGF1信號(hào)通路，Wnt/Shaggy信號(hào)通路，NGF信號(hào)通路，Estradiol信號(hào)通路，Reelin信號(hào)通路等。GSK-3β在生物體內(nèi)有40多種底物，這使得它成為治療糖尿病、中風(fēng)、早老性癡

2、呆、躁郁癥、精神分裂癥、急性炎癥、腫瘤等多種疾病的藥物靶標(biāo)。本文主要根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，用動(dòng)力學(xué)模擬的方法討論了K85R突變對(duì)GSK-3β的影響，結(jié)構(gòu)水在GSK-3β中的作用，Li+抑制GSK-3β的可能機(jī)理，以及結(jié)構(gòu)金屬離子Mg2+的功能。
　　 1．對(duì)于GSK-3β，保守殘基Lys85是至關(guān)重要的，它可以影響到GSK-3β的活性。本章用動(dòng)力學(xué)模擬的方法，對(duì)Lys85的重要性進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Lys85突變?yōu)锳rg時(shí)，A

3、rg無法像Lys85那樣與ATP形成兩個(gè)保守氫鍵；Lys85與Glu97之間的鹽橋被破壞；Phe93、Arg96和Glu211的構(gòu)象發(fā)生了變化，這改變了GSK-3β底物結(jié)合口袋的構(gòu)象，以至于抑制了GSK-3β的活性。MM-GBSA計(jì)算表明，突變K85R會(huì)降低GSK-ATP復(fù)合物的穩(wěn)定性，這進(jìn)一步支持了結(jié)構(gòu)分析所得出的結(jié)論。本章從分子水平上解釋了K85R突變使GSK-3β失活的原因，為更好的理解GSK-3β的生物作用提供了依據(jù)。
　

4、　 2．水分子在生物大分子體系中發(fā)揮著重要作用，它可以調(diào)節(jié)生物大分子體系的結(jié)構(gòu)和生物功能。水分子的這種作用可以被用于藥物設(shè)計(jì)中。以往的研究表明，天然底物和人工設(shè)計(jì)的抑制劑都可以通過水分子與它們的作用靶標(biāo)形成穩(wěn)定的相互作用，而且這種相互作用會(huì)因?yàn)樗肿拥拇嬖诙玫郊訌?qiáng)。對(duì)于GSK-3β而言，如果沒有結(jié)構(gòu)水，ATP嘌呤環(huán)的結(jié)合位置將發(fā)生偏移以填補(bǔ)結(jié)構(gòu)水留下的空間；ATP結(jié)合口袋中的氫鍵網(wǎng)絡(luò)將被破壞，保守殘基Lys85與ATP的磷酸根側(cè)鏈只

5、能形成一個(gè)保守氫鍵，無法維持磷酸轉(zhuǎn)移所需的線性關(guān)系；由于失去了氫鍵網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定作用，Glu97和Lys85會(huì)向遠(yuǎn)離ATP的方向移動(dòng)，并導(dǎo)致Arg96的側(cè)鏈發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使Arg96無法保持與Arg180和Lys205之間正確的相對(duì)位置，最終影響GSK-3β與底物的結(jié)合。本章闡述了結(jié)構(gòu)水的重要性，進(jìn)一步表明在對(duì)生物大分子進(jìn)行分子對(duì)接或分子動(dòng)力學(xué)模擬時(shí)，對(duì)結(jié)晶水要謹(jǐn)慎處理。
　　 3.Li+是GSK-3的一種抑制劑，它與Mg2+競爭，可以

6、用于治療躁郁癥，但它的具體抑制機(jī)制尚不清楚。本章用動(dòng)力學(xué)模擬的方法研究了Li+對(duì)GSK-3的影響，在Li+抑制機(jī)制方面作了初步的探討。發(fā)現(xiàn)當(dāng)MgI被Li+取代時(shí)，磷酸轉(zhuǎn)移所需的ATP與底物之間的線性關(guān)系將被破壞。底物結(jié)合口袋的構(gòu)象也會(huì)發(fā)生改變，進(jìn)而影響底物的結(jié)合。據(jù)此推斷，Li+對(duì)GSK-3的抑制作用是其取代了MgI的結(jié)果。本章從分子層面闡述了Li+抑制GSK-3β的過程，對(duì)更全面的理解Li+的治療作用具有理論指導(dǎo)意義。
　　

7、4.Mg2+是GSK-3β的保守金屬離子，它在激酶催化磷酸轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮著重要作用。本章用動(dòng)力學(xué)模擬方法揭示了Mg2+對(duì)GSK-3β的影響。Mg2+可以起到穩(wěn)定GSK-3β和ATP構(gòu)象的作用。沒有Mg2+時(shí)，GSK-3β的穩(wěn)定性將顯著降低，ATP的構(gòu)象也將發(fā)生改變；MgI在磷酸轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮著重要作用，而MgⅡ也不是可有可無的；沒有MgⅡ的協(xié)助，Lys183不足以保持ATP正確的構(gòu)象；當(dāng)兩個(gè)Mg2+都不存在時(shí)，ATP將形成分子內(nèi)氫鍵，并