鲎血凝集素构象预测与NAG/NDG分子对接研究

鲎血凝集素构象预测与NAG/NDG分子对接研究

刘喆1门雅惠2刘智敏3

大连理工大学辽宁省盘锦市124000

摘要：凝集素Tachylectin-2是从鲎属日本马蹄蟹（Tachypleustridentatus）血细胞大颗粒中分离出来的，其具有236个氨基酸的蛋白质。Tachylectin-2具有五个结合位点，它能特异性地结合NAG、NDG等结构相似的配体，其单个多肽链中包含五个结合位点的特性，强烈地表明该结构具有与碳水化合物结合的特性，可以与病原体表面特异性识别。通过DiscoveryStudio和modeler等手段对tachylectin-2的三维结构进行预测，并验证其与具某些包含N-乙酰基的多糖的配体具有严格的特异性。基于此进一步探究其生物学活性与药物分子设计。

关键词：Tachylectin-2；结合位点；分子对接；同源建模

一、研究背景

鲎血凝集素tachylectins1-4是血细胞中含有的L-granules[1]。根据现有的研究中发现tachylectin-2序列与其他已知的蛋白质序列没有显着的相似性。tachylectin-2氨基酸序列显示为五对齐的串联重复[2]。β片称为I-V，各β型片中的单股为β-链。Tachylectin-2是五边形环面的形状，单个多肽链以五个β片段连续排列，具有对称性[3]。每个扭曲的β薄片具有类似W型拓扑的四个反平行β链构成，每个β片段的第一条链总是最内侧的链，包围分子的中心隧道。

二、模型假设

假设一个蛋白质的结构由其氨基酸序列决定，其一级序列已知，至少在理论上足以获取其结构。结构在进化中更稳定，变化比序列层面的变化要缓慢许多。模板蛋白和目标蛋白的序列一致性需要大于30%，且越大建模准确性越有保障。

三、实验步骤

（一）模板识别和比对

在序列一致性比较高的时候，可以通过简单的序列比对程序如BLAST获取目标蛋白的结构。我们选定四种同源性较高的蛋白进行多序列比对。同源度较高的四种蛋白的PDB_ID及评估见下表：

我们从BLAST数据库中选定四种蛋白模板，并使用modellerGUI界面进行模板对齐并建立模型。使用的结构检测方法来源于UCLA-DOE的SAVES服务器，包括PROCHECK、WHATCHECK、ERRAT、Verify_3D、PROVE等分析。

（二）分子对接

我们选取鲎血凝集素中tachylectin-2同源性较高的模板蛋白，并在PDB数据库中查询出对接的配体小分子。本文使用Discoverstudio进行分子对接，发现tachylectin-2的结构显示了五个结合位点，其晶体具有几乎相同的占有率和几何形状。结合位点均位于相邻β片段的连接片段和后续β片段的3→4环之间，这完全反映tachylectin-2的对称性。Techylectin-2在与NAG/NDG结合后，主要或侧链构象几乎没有变化。

四、实验结果

tachylectin-2与模板蛋白的Z−scoreRMS=1.522，DOPEscore=-28187.148，可以推导出本文同源模建合理，结果准确。根据RamachandranPlot分析，在允许区和最大允许区的氨基酸残基占整个蛋白质的比例为90.17%，则证明该模型构象符合立体化学的规则。通过ERRATResults分析发现，该结果中Overallqualityfactor的值为90.625%，说明解析度一般，而良好的结构通常产生大约95％或更高的值，所以还具有改进的空间。根据研究结果表明，残基180-220之间是一个需要高度注意的区域，另一个需要注意的区域是40-60区，从PDB结构来看这两段主要是loop区，本身具有较大的弹性，因此在这一段结构还可以继续优化。Verify3D=93.22%表明该模型和氨基酸一级结构的关系较好。

我们通过3D结构活性位点识别和采用DiscoverStudioLigandFit对以上选定的五种配体依次对接。结果表明，最后只有3种配体可以和鲎血凝集素中蛋白tachylectin-2成功对接。再根据根绝一致性打分原则对匹配的3种配体进行分析评价，我们使用七种打分函数，分别包括LigScore1_Dreiding、LigScore2_Dreiding、-PLP1、-PLP2、Jain、-PMF、DockScore，综合分析后得到最佳的结合方式。

总结

从日本马蹄蟹（Tachypleustridentatus）的血细胞大颗粒中分离出的一种凝集素Tachylectin-2。tachylectin-2可以特异性的结合具有游离4-OH基团的NAG、NDG等配体。我们提供的数据都表明它可以作为在微生物表面上识别GlcNAc或GalNAc的宿主防御分子。尽管单个结合位点的亲和力相对较弱，但是五个结合位点与重复结构的多重结合将产生非常紧密的相互作用。tachylectin-2识别具有高密度GlcNAc/GalNAc基团的表面结构。此外，也可以通过将入侵的微生物的表面标记，作为杀死它们的信号。另一种可能的机制是可以阻断微生物表面，从而防止其粘附和侵袭宿主细胞。Tachylectin-2可以用于识别特定的细胞表面碳水化合物，tachylectin-2与GlcNAc/GalNAc识别更具有广泛特异性。

参考文献

[1]Muta,T.andIwanaga,S.(1996)ClottingandimmunedefenseinLimulidae.InRinkevich,B.andMuller,W.E.G.(eds),ProgressinMolecularandSubcellularBiology,Vol.15,InvertebrateImmunology.Springer-Verlag,Berlin,pp.154–189.

[2]Nakamura,S.,Iwanaga,S.,Harada,T.andNiwa,M.(1976)Aclottableprotein(coagulogen)fromamoebocytelysateofjapanesehorseshoecrab(Tachypleustridentatus).Itsisolationandbiochemicalproperties.J.Biochem.,80,1011–1021.

[3]Toh,Y.,Mizutani,A.,Tokunaga,F.andIwanaga,S.(1991)Morphologyofthegranularhemocytesofthejapan.

作者简介

刘喆（1996-），女，汉族，江苏南京人，本科生物信息专业。

门雅惠（1995-），女，汉族，河北保定人，本科生物信息专业。

刘智敏（1994-）男，汉族，山西大同人，本科生物信息专业。