P-选择素与PSGL-1在血流剪应力下相互作用的分子结构基础

作     者：叶琳璐 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴建华

授予年度：2016年

学科分类：1001[医学-基础医学(可授医学、理学学位)] 100104[医学-病理学与病理生理学] 10[医学] 

主      题：P-选择素 PSGL-1 逆锁键 分子动力学模拟 糖基 硫酸化酪氨酸 

摘      要：炎症反应是一个重要的生理过程也是人体抵御细菌入侵的第一道防线。在炎症反应时,随着整合素、选择素和趋化因子受体的相互作用,白细胞在募集到受损部位。而白细胞上的PSGl-1与内皮细胞上P-选择素(P-selectin)结合主导早期的炎症反应过程。研究力(剪切力)调控下的P-选择素与PSGL-1复合物的解离机制对于进一步了解炎症反应、血栓形成过程有十分重要的意义,同时也为下一步靶向药物的制药有着一定的指导作用。已有大量的研究证明P-选择素与PSGL-1复合物在血流剪应力的作用下发生由滑移-逆锁-滑移键调节的解离过程。但是对于P-选择素与PSGL-1完整的逆锁键机制仍然缺少解释。在论文中,结合现有的理论基础,针对该复合物应用了分子动力学模拟(Molecular dynamics simulation)进行原子水平的研究:利用分子动力学模拟对复合物进行平衡动力学模拟、5?/s的10ns恒速度拉伸动力学模拟以及基于恒速度拉伸动力学模拟的力谱图提取构象,并将该构象作为进行恒力拉伸动力学模拟的初始构象。对于27个不同的初始构象进行9个不同拉力下的50ns恒力拉伸动力学模拟实验。在对27组恒力拉伸模型轨迹研究中发现复合物存在三种不同的解离轨迹,分别是Binding、Stablebinding和Directlypulloff。并对于其中的Binding解离轨迹进行了深入的研究。通过数据整合,发现在Binding轨迹中可细分为三种解离轨迹,分别是Binding(notbreak)、Binding(strength)和Binding(break)。通过VMD观察发现在Binding(notbreak)和Binding(break)均有明显的构象轨迹变化,而在对于Binding(strength)轨迹的研究中并没有观察到明显的构象轨迹变化。综合三种Binding轨迹分析,本论文提供了对于逆锁键机制的完整解释,认为在力的作用下,PSGL-1上的硫酸化酪氨酸(sulfation tyrosine)和糖基(glycosylation)协同作用,延长P-选择素与PSGL-1复合物的生存时间。复合物结合面发生旋转,糖基与P-选择素switch3的结合被解离,但此时Tys10与P-选择素稳定结合,若处于PSGL-1柔软的Loop结构末端的Tys5与P-选择素间形成新的氢键,并且通过数据分析证实Tys5相比于Tys7和Tys10更易于产生新的氢键。此时,硫酸化酪氨酸与P-选择素间新的氢键为PSGL-1上糖基的空间旋转、形成新的结合位点提供了契机。当糖基与P-选择素间重新稳定结合时,复合物的生存时间会进一步的延长。此外,当糖基没有被拉离时,其有可能会发生短位移的旋转,从而与P-选择素的switch3结构产生新的氢键,最终提高了糖基与P-选择素间的氢键相互作用力。