具有全原子模拟精度的新型蛋白质和生物膜环境粗粒化分子模型的建立及其应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31370714
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    75.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0504.物理生物学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

The molecular mechanism of membrane protein functions cannot be explained easily with the structure information only, since membrane protein works under the complex and dynamic membrane environment. Fully atomistic molecular dynamics (MD) simulations provide a powerful tool to bridge the gap between structure and function studies. However, the functions of membrane proteins couple closely with their dynamic behaviors at long temporal and large spatial scale under complicated membrane environment, this results in much lower ower computational efficiency of fully atomistic MD simulations, and limits its widely uses for studying complicated membrane proteins. Although existed coarse grained models achieve the goal for above studies at the aspect of computing speed, they do not satisfy the accuracy requirement for membrane protein studies resulting from the oversimplification and rough description of geometric shape and force field parameters of their coarse grained particles. Based on our research experience and preliminary results, we propose to construct a new type of coarse grained model of proteins and its membrane environments with the same accuracy as fully atomistic modeling by combining generalized vdW potential and multipole expansion of electrostatic potential, which include standard amino acids, different types of lipids, cholesterol and important organic molecules which regulate the functions of membrane protein we will study. Meanwhile, we will use this model to do theoretical studies systematically. The construction of this new coarse grained model with fully atomistic modeling accuracy and implementation of its computer program will help us to understand deeply and precisely the properties of membrane proteins and the mechanism of their functions. This new computational models and techniques will build strong theoretical basis for membrane protein function studies, and offer a highly efficjent tool for membrane protein-targeted drug discovery.
膜蛋白处于复杂动态的生物膜环境中,导致单纯依靠结构信息难以完全诠释其行使生物学功能的微观机制。全原子分子动力学模拟已成为连接蛋白质结构与功能研究的有力工具,但由于膜蛋白功能涉及到复杂膜环境中蛋白质的长时间和大尺度动态行为,致使其计算效率非常低,难以广泛应用。尽管现有粗粒化分子模型的计算速度可达到上述研究要求,但由于粗粒化粒子的几何形状和力场参数过于简单和粗糙,使得其计算精度难以满足需求。基于我们前期工作基础,本项目拟针对标准氨基酸、不同种类磷脂、胆固醇和调控膜蛋白功能的重要有机分子,结合广义范德华势和多极矩展开静电势,建立具有全原子模拟精度的蛋白质和膜环境的新型粗粒化分子模型,并开展系统的理论研究。此模型的建立及相应计算程序的实现将帮助我们更加全面细致地理解膜蛋白在复杂生物膜环境中的结构、动力学行为及行使功能的微观机制,为复杂膜蛋白的功能研究以及相关药物研发提供强有力的理论支撑和计算工具。

结项摘要

膜蛋白处于复杂动态的生物膜环境中,导致单纯依靠结构信息难以完全诠释其行使生物学功能的微观机制。全原子分子动力学模拟已成为连接蛋白质结构与功能研究的有力工具,但由于膜蛋白功能涉及到复杂膜环境中蛋白质的长时间和大尺度动态行为,致使其计算效率非常低,难以广泛应用。尽管现有粗粒化分子模型的计算速度可达到上述研究要求,但由于粗粒化粒子的几何形状和力场参数过于简单和粗糙,使得其计算精度难以满足需求。本项目针对标准氨基酸、不同种类磷脂、DNA及RNA等重要生物分子,结合广义范德华势和多极矩展开静电势,建立具有全原子模拟精度的蛋白质和膜环境的新型粗粒化分子模型,并开展系统验证和应用的理论研究。模型的建立及相应计算程序的实现将帮助我们更加全面细致地理解膜蛋白Intergrin 在复杂生物膜环境中的结构、动力学行为及行使功能的微观机制,为复杂膜蛋白的功能研究以及相关药物研发提供强有力的理论支撑和计算工具。到目前为止,共发表和本项目相关的论文14篇。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Inert Gas Deactivates Protein Activity by Aggregation
惰性气体通过聚集使蛋白质活性失活
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    SCIENTIFIC REPORTS
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Lijuan Zhang;张跃斌;Jie Cheng;Lei Wang;Xingya Wang;Meng Zhang;Yi Gao;Jun Hu;Xuehua Zhang;Junhong Lü;李国辉;Renzhong Tai;Haiping Fang
  • 通讯作者:
    Haiping Fang
Accurate Evaluation of Ion Conductivity of the Gramicidin A Channel Using a Polarizable Force Field without Any Corrections
使用极化力场准确评估短杆菌肽 A 通道的离子电导率,无需任何校正
  • DOI:
    10.1021/acs.jctc.6b00128
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Chemical Theory and Computation
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Peng Xiangda;Zhang Yuebin;Chu Huiying;Li Yan;Zhang Dinglin;Cao Liaoran;Li Guohui
  • 通讯作者:
    Li Guohui
Mechanistic insight into the functional transition of the enzyme guanylate kinase induced by a single mutation
单一突变诱导的鸟苷酸激酶功能转变的机制洞察
  • DOI:
    10.1101/321141
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Scientific Reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zhang Yuebin;Niu Huiyan;Li Yan;Chu Huiying;Shen Hujun;Zhang Dinglin;Li Guohui
  • 通讯作者:
    Li Guohui
Specific dephosphorylation of Janus Kinase 2 by protein tyrosine phosphatases
蛋白酪氨酸磷酸酶对 Janus 激酶 2 进行特异性去磷酸化
  • DOI:
    10.1002/pmic.201400146
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Proteomics
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Li Jianzhuo;Liu Xidong;Chu Huiying;Fu Xueqi;Li Tianbao;Hu Lianghai;Xing Shu;Li Guohui;Gu Jingkai;Zhao Zhizhuang Joe
  • 通讯作者:
    Zhao Zhizhuang Joe
The hydrophobic contacts between the center of the beta I domain and the alpha 1/alpha 7 helices are crucial for the low-affinity state of integrin alpha(4)beta(7)
β I 结构域中心与 α 1/α 7 螺旋之间的疏水接触对于整合素 α(4)β(7) 的低亲和力状态至关重要
  • DOI:
    10.1111/febs.12829
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    FEBS Journal
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Liu Jie;Fu Ting;Peng Bo;Sun Hao;Chu HuiYing;Li GuoHui;Chen JianFeng
  • 通讯作者:
    Chen JianFeng

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其他文献

Gay-Berne and Electrostatic Multipole based Coarse Grained Model and Application with Polyalanine in Implicit Solvent
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    2024-09-14
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    PengyuRen
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    崔艳霞
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    微纳电子技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王启航;张叶;李国辉;王文艳;郝玉英;崔艳霞
  • 通讯作者:
    崔艳霞
华北克拉通东部滞留板块下方低速异常的地震三重震相探测
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    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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    李国辉
基于边缘最优映射的红外和可见光图像自动配准算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    自动化学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    廉蔺;李国辉;张军;涂丹
  • 通讯作者:
    涂丹

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李国辉的其他基金

复杂生物体系介观尺度动态结构与相互作用的理论计算化学研究
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面向异构众核架构的量子力学精度蛋白质分子动力学模拟大规模并行计算方法
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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