利用可极化分子力场研究天然无序蛋白质的构象系综与自组装

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21803057
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0302.化学模拟与应用
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The conformational dynamics and self-assembly of intrinsically disordered proteins involve significant changes in the electrostatic environment of amino acids, such that conventional fixed-charge, additive force fields have their intrinsic difficulties and accuracy limits in modeling disordered proteins. We propose using polarizable force fields, which in principle would have higher accuracy, to study the conformational ensembles and self-assembly of intrinsically disordered proteins. By utilizing the acceleration of polarizable simulations brought by GPUs, we will present a large-scale, systematical study of intrinsically disordered proteins using microsecond all-atom explicit solvent molecular dynamics simulations with the polarizable Drude-2013 protein force field. We will assess the accuracy of current polarizable protein force fields in modeling intrinsically disordered proteins, and investigate the effect of chemical denaturants such as urea and guanidinium chloride on their conformational dynamics. We will also study some model disordered protein systems with quantum chemistry calculations, molecular mechanics calculations and molecular dynamics simulations, in order to investigate the dynamics and kinetics of peptide aggregation and assembly. Our study will help understand the molecular mechanism of amyloid formation and accumulation, and help develop chemical, biological or physical therapeutic solutions to slow down or treat amyloid diseases.
天然无序蛋白质的构象动力学和自组装过程涉及氨基酸在不同静电微环境下的转换,因此传统的固定电荷力场模型在模拟无序蛋白质时有其固有的困难与精度极限。本项目将使用原则上精度更高的可极化分子力场来研究天然无序蛋白质的构象与自组装。利用图形处理器(GPU)对可极化模拟带来的硬件加速,我们将使用Drude-2013可极化蛋白质力场对天然无序蛋白质体系进行大规模、系统性、微秒时间尺度的全原子显式溶剂分子动力学模拟。由此我们将评估现有可极化蛋白质力场在模拟无序蛋白质时的精度,并探究尿素、盐酸胍等化学变性剂对无序蛋白质的构象动力学的影响。本项目还将通过对无序蛋白质模型系统的量子化学计算、分子力场计算和可极化力场分子动力学模拟,研究多肽的聚合和自组装过程,探索天然无序蛋白质淀粉样变的分子机理,为寻找利用化学、生物和物理手段来减缓和治疗老年痴呆等疾病的方案提供帮助。

结项摘要

课题围绕Drude可极化力场,重点研究以天然无序蛋白为代表的蛋白体系的构象动力学与自组装。我们使用Drude-2013可极化蛋白质力场以及新开发的Drude-2019蛋白质力场,在可极化力场的评估和优化方面取得了一系列进展,在模拟方法如LJ-PME算法上做了一系列探索。我们还通过对一系列生物学和化学重要体系的基于可极化力场的动力学研究,增强了对于无序蛋白与短肽在溶液相及界面上的聚集和自组装过程的理解,展现了显式处理电子极化效应在刻画蛋白结构和动力学上的优势,凸显了更精确的物理模型对于复杂体系分子模拟的重要性。在项目执行期间受项目资助发表10篇研究论文于Science, Cell Research等高水平SCI期刊。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Scan and Unlock: A Programmable DNA Molecular Automaton for Cell-Selective Activation of Ligand-Based Signaling
扫描和解锁:用于细胞选择性激活基于配体的信号传导的可编程 DNA 分子自动机
  • DOI:
    10.1002/anie.202015129
  • 发表时间:
    2021-02-12
  • 期刊:
    ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Zhang,Jinghui;Qiu,Zongyang;Nie,Zhou
  • 通讯作者:
    Nie,Zhou
Distinct allosteric mechanisms of first-generation MsbA inhibitors.
第一代 MsbA 抑制剂的独特变构机制
  • DOI:
    10.1126/science.abi9009
  • 发表时间:
    2021-10-29
  • 期刊:
    SCIENCE
  • 影响因子:
    56.9
  • 作者:
    Thelot, Francois A.;Zhang, Wenyi;Song, KangKang;Xu, Chen;Huang, Jing;Liao, Maofu
  • 通讯作者:
    Liao, Maofu
Validating the CHARMM36m protein force field with LJ-PME reveals altered hydrogen bonding dynamics under elevated pressures.
使用 LJ-PME 验证 CHARMM36m 蛋白质力场揭示了高压下氢键动力学的改变
  • DOI:
    10.1038/s42004-021-00537-8
  • 发表时间:
    2021-06-28
  • 期刊:
    COMMUNICATIONS CHEMISTRY
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Xu, You;Huang, Jing
  • 通讯作者:
    Huang, Jing
EViS: An Enhanced Virtual Screening Approach Based on Pocket–Ligand Similarity
EViS:基于 Pocket 配体相似性的增强型虚拟筛选方法
  • DOI:
    10.1021/acs.jcim.1c00944
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Chemical Information and Modeling
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Wenyi Zhang;Jing Huang
  • 通讯作者:
    Jing Huang
Binding Energy and Free Energy of Calcium Ion to Calmodulin EF-Hands with the Drude Polarizable Force Field.
钙离子与钙调蛋白 EF-Hand 的 Drude 极化力场的结合能和自由能
  • DOI:
    10.1021/acsphyschemau.1c00039
  • 发表时间:
    2022-03-23
  • 期刊:
    ACS PHYSICAL CHEMISTRY AU
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Tan, Qiaozhu;Ding, Ye;Qiu, Zongyang;Huang, Jing
  • 通讯作者:
    Huang, Jing

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其他文献

基于MPEG-7的部分开轮廓描述及
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    《数据采集与处理》(录用)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄晶;倪林;Miao Yuan
  • 通讯作者:
    Miao Yuan
石煤酸浸提钒过程中V、Fe、Al的浸出行为研究
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1007-7545.2016.06.014
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    有色金属(冶炼部分)
  • 影响因子:
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  • 作者:
    李道;刘涛;张一敏;黄晶;孙坤;汪博
  • 通讯作者:
    汪博
药物所致卵巢发育毒性及机制的研究进展
  • DOI:
    10.12360/cpb202110063
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中国药理学通报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    黄晶;陈雅文;柳毅;吕丰;汪晖
  • 通讯作者:
    汪晖
Wnt/β-连环链蛋白信号通路与特发性肺纤维化疾病的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国急救复苏与灾害医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄晶;孙兆瑞;聂时南
  • 通讯作者:
    聂时南
红壤酸化及石灰改良影响冬小麦根际土壤钾的有效性
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    植物营养与肥料学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梅旭阳;高菊生;黄晶;蔡泽江;李冬初;王伯仁;张会民
  • 通讯作者:
    张会民

其他文献

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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

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          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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