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《兰州大学》 2018年
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碳纳米颗粒和小分子影响朊蛋白聚集的机制研究

朱永昌  
【摘要】:朊病毒病是一类由朊蛋白的错误折叠和聚集引起的严重的神经退行性疾病,目前没有有效的治疗措施,一旦感染患病,死亡率100%。已有研究发现,碳纳米材料和多酚类化合物可以对淀粉样蛋白(如Aβ蛋白,人类胰岛淀粉样多肽)的聚集和折叠产生影响,但是其如何影响朊蛋白的错误折叠和聚集,目前仍不清楚。本论文中,我们结合分子动力学模拟和生物实验分别从原子和分子水平探究碳纳米材料和蒽醌类化合物对朊蛋白错误折叠和聚集的影响。论文第一部分研究的是碳纳米颗粒对朊蛋白聚集的影响。首先我们使用硫代黄素T荧光实验证明石墨烯和碳纳米管对朊蛋白聚集具有很强的抑制作用,且石墨烯和碳纳米管对朊蛋白聚集的抑制作用呈现一定的浓度依赖性。当石墨烯和碳纳米管浓度达到50μg/ml以上时,抑制率即达到了50%以上。当石墨烯浓度为100μg/ml、碳纳米管浓度为200μg/ml时,荧光强度很低,几乎完全抑制了朊蛋白的聚集。通过相同浓度的石墨烯和碳纳米管对朊蛋白聚集抑制作用的比较,表明石墨烯的抑制效果更为明显。为获得原子水平上碳纳米颗粒抑制朊蛋白聚集的机制,我们利用分子动力学模拟的方法研究了碳纳米颗粒对PrP_(127-147)四聚体聚集的影响。通过计算体系中蛋白质骨架原子(C,Cα,N,O)与初始位置的均方根偏差(Root-Mean-Square Deviation,RMSD)和体系中氢键的数目,表明没有碳纳米颗粒的四聚体具有最大的结构变化,碳纳米颗粒的存在降低了肽与肽之间的作用。通过聚类分析得到了模拟轨迹的代表构象,结果表明没有碳纳米颗粒存在的情况下,PrP_(127-147)四聚体能形成明显的β-sheet结构,而在有碳纳米颗粒时,PrP_(127-147)主要以无规则卷曲的结构存在,表明碳纳米颗粒可以抑制朊蛋白的聚集。通过对PrP_(127-147)四聚体与碳纳米颗粒之间的接触数及各残基结合能贡献分析发现,PrP_(127-147)与石墨烯的接触数远大于与碳纳米管的接触数,并且与石墨烯作用的PrP_(127-147)中各残基的结合能相对较低,解释了石墨烯对朊蛋白更强的抑制作用。另外,还证明了芳香氨基酸残基,包括Y128,F141,Y145与碳纳米颗粒之间的π-π作用对碳纳米颗粒的抑制聚集作用非常重要,且这种π-π堆积作用在石墨烯体系中更为显著。我们的研究结果从原子水平上阐明了碳纳米颗粒对朊蛋白的抑制聚集作用,并解释了相对碳纳米管,石墨烯具有更强抑制作用的机理。论文第二部分从蒽醌类及其衍生物等化合物中筛选抑制朊蛋白聚集的小分子抑制剂。首先通过单一浓度100μM筛选得到了11个能够抑制朊蛋白纤维化的化合物,之后对这11个化合物进行了浓度梯度下的朊蛋白纤维化抑制实验,小分子化合物浓度梯度设置为5μM,10μM,20μM,40μM,80μM,并得到大黄酚,大黄素甲醚,儿茶素,AE-562/12222209,AE-848/01284025五个化合物具有很强的抑制朊蛋白聚集的能力,且呈现一定的浓度依赖性。然后利用微量热泳动法测定具有浓度依赖性的5个小分子化合物与朊蛋白的结合亲和力,结果筛选得到大黄酚,AE-848/01284025,大黄素甲醚三个化合物具有较强的结合亲和力,其中大黄酚亲和力最好,其结合的K_D为13.3±3.5μM。而AE-848/01284025和大黄素甲醚的结合亲和力较弱。对三个化合物进行朊蛋白纤维解聚研究,最终得到大黄酚对朊蛋白纤维具有一定的解聚作用。本论文得到的结果可以为理解碳纳米材料如何影响朊蛋白的聚集提供理论依据。得到的蒽醌类的小分子抑制剂可以为抗朊病毒化合物的发现提供物质基础。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:R91;TB383.1

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