多肽抑制剂抑制淀粉质多肽42构象转换的分子动力学模拟和结合自由能计算

董晓燕 都文婕 刘夫锋

引用本文: 董晓燕, 都文婕, 刘夫锋. 多肽抑制剂抑制淀粉质多肽42构象转换的分子动力学模拟和结合自由能计算[J]. 物理化学学报, doi: 10.3866/PKU.WHXB201207162 shu
Citation:  DONG Xiao-Yan, DU Wen-Jie, LIU Fu-Feng. Molecular Dynamics Simulation and Binding Free Energy Calculation of the Conformational Transition of Amyloid Peptide 42 Inhibited by Peptide Inhibitors[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, doi: 10.3866/PKU.WHXB201207162 shu

多肽抑制剂抑制淀粉质多肽42构象转换的分子动力学模拟和结合自由能计算

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(20906068, 21076149) (20906068, 21076149)

    国家重点基础研究发展规划项目(973)(2009CB724705) (973)(2009CB724705)

    天津市科委自然科学基金(10JCYBJC04500)资助 (10JCYBJC04500)

摘要:

应用分子动力学模拟和结合自由能计算方法研究了多肽抑制剂KLVFF、VVIA和LPFFD抑制淀粉质多肽42 (Aβ42)构象转换的分子机理. 结果表明, 三种多肽抑制剂均能够有效抑制Aβ42的二级结构由α-螺旋向β-折叠的构象转换. 另外, 多肽抑制剂降低了Aβ42分子内的疏水相互作用, 减少了多肽分子内远距离的接触, 有效抑制了Aβ42的疏水塌缩, 从而起到稳定其初始构象的作用. 这些抑制剂与Aβ42之间的疏水和静电相互作用(包括氢键)均有利于它们抑制Aβ42的构象转换. 此外, 抑制剂中的带电氨基酸残基可以增强其和Aβ42之间的静电相互作用(包括氢键), 并降低抑制剂之间的聚集, 从而大大增强对Aβ42构象转换的抑制能力. 但脯氨酸的引入会破坏多肽的线性结构, 从而大大降低其与Aβ42 之间的作用力. 上述分子模拟的结果揭示了多肽抑制剂KLVFF、VVIA和LPFFD抑制Aβ42构象转换的分子机理, 对于进一步合理设计Aβ的高效短肽抑制剂具有非常重要的理论指导意义.

English

    1. [1]

      (1) Yan, H.; Jiang, F. C. Acta Phys. -Chim. Sin. 2006, 22, 359.[鄢浩, 姜凤超. 物理化学学报, 2006, 22, 359.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20060321

      (1) Yan, H.; Jiang, F. C. Acta Phys. -Chim. Sin. 2006, 22, 359.[鄢浩, 姜凤超. 物理化学学报, 2006, 22, 359.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20060321

    2. [2]

      (2) Jakob-Roetne, R.; Jacobsen, H. Angew. Chem. Int. Edit. 2009,48, 3030. doi: 10.1002/anie.200802808(2) Jakob-Roetne, R.; Jacobsen, H. Angew. Chem. Int. Edit. 2009,48, 3030. doi: 10.1002/anie.200802808

    3. [3]

      (3) Hardy, J. A.; Higgins, G. A. Science 1992, 256, 184. doi: 10.1126/science.1566067(3) Hardy, J. A.; Higgins, G. A. Science 1992, 256, 184. doi: 10.1126/science.1566067

    4. [4]

      (4) Luo, Z.W.;Wang, D. D.; Lai, L. H.; Xu, X. J.; Li, C. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 1995, 11, 419. [骆兆文, 王丹丹, 来鲁华,徐筱杰, 李崇熙. 物理化学学报, 1995, 11, 419.] doi: 10.3866/PKU.WHXB19950507(4) Luo, Z.W.;Wang, D. D.; Lai, L. H.; Xu, X. J.; Li, C. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 1995, 11, 419. [骆兆文, 王丹丹, 来鲁华,徐筱杰, 李崇熙. 物理化学学报, 1995, 11, 419.] doi: 10.3866/PKU.WHXB19950507

    5. [5]

      (5) Karran, E.; Mercken, M.; De Strooper, B. Nat. Rev. Drug Discov. 2011, 10, 698. doi: 10.1038/nrd3505(5) Karran, E.; Mercken, M.; De Strooper, B. Nat. Rev. Drug Discov. 2011, 10, 698. doi: 10.1038/nrd3505

    6. [6]

      (6) Hardy, J.; Selkoe, D. J. Science 2002, 297, 353. doi: 10.1126/science.1072994(6) Hardy, J.; Selkoe, D. J. Science 2002, 297, 353. doi: 10.1126/science.1072994

    7. [7]

      (7) Esler,W. P.;Wolfe, M. S. Science 2001, 293, 1449. doi: 10.1126/science.1064638(7) Esler,W. P.;Wolfe, M. S. Science 2001, 293, 1449. doi: 10.1126/science.1064638

    8. [8]

      (8) DaSilva, K. A.; Shaw, J. E.; McLaurin, J. Exp. Neurol. 2010,223, 311. doi: 10.1016/j.expneurol.2009.08.032(8) DaSilva, K. A.; Shaw, J. E.; McLaurin, J. Exp. Neurol. 2010,223, 311. doi: 10.1016/j.expneurol.2009.08.032

    9. [9]

      (9) Liu, F. F.; Ji, L.; Dong, X. Y.; Sun, Y. J . Phys. Chem. B 2009,113, 11320. doi: 10.1021/jp905580j(9) Liu, F. F.; Ji, L.; Dong, X. Y.; Sun, Y. J . Phys. Chem. B 2009,113, 11320. doi: 10.1021/jp905580j

    10. [10]

      (10) Xu, Y.; Shen, J.; Luo, X.; Zhu,W.; Chen, K.; Ma, J.; Jiang, H.Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 5403. doi: 10.1073/pnas.0501218102(10) Xu, Y.; Shen, J.; Luo, X.; Zhu,W.; Chen, K.; Ma, J.; Jiang, H.Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 5403. doi: 10.1073/pnas.0501218102

    11. [11]

      (11) Rochet, J. C.; Lansbury, P. T., Jr. Curr. Opin. Struct. Biol. 2000,10, 60. doi: 10.1016/S0959-440X(99)00049-4(11) Rochet, J. C.; Lansbury, P. T., Jr. Curr. Opin. Struct. Biol. 2000,10, 60. doi: 10.1016/S0959-440X(99)00049-4

    12. [12]

      (12) Mason, J. M.; Kokkoni, N.; Stott, K.; Doig, A. J. Curr. Opin. Struct. Biol. 2003, 13, 526. doi: 10.1016/S0959-440X(03)00100-3(12) Mason, J. M.; Kokkoni, N.; Stott, K.; Doig, A. J. Curr. Opin. Struct. Biol. 2003, 13, 526. doi: 10.1016/S0959-440X(03)00100-3

    13. [13]

      (13) Bartolini, M.; Andrisano, V. ChemBioChem 2010, 11, 1018. doi: 10.1002/cbic.200900666(13) Bartolini, M.; Andrisano, V. ChemBioChem 2010, 11, 1018. doi: 10.1002/cbic.200900666

    14. [14]

      (14) Mason, J. M. Future Med. Chem. 2010, 2, 1813. doi: 10.4155/fmc.10.259(14) Mason, J. M. Future Med. Chem. 2010, 2, 1813. doi: 10.4155/fmc.10.259

    15. [15]

      (15) Salomone, S.; Caraci, F.; Leggio, G. M.; Fedotova, J.; Dra , F.Br. J. Clin. Pharmacol. 2012, 73, 504. doi: 10.1111/j.1365-2125.2011.04134.x(15) Salomone, S.; Caraci, F.; Leggio, G. M.; Fedotova, J.; Dra , F.Br. J. Clin. Pharmacol. 2012, 73, 504. doi: 10.1111/j.1365-2125.2011.04134.x

    16. [16]

      (16) Sciarretta, K. L.; rdon, D. J.; Meredith, S. C. Methods Enzymol. 2006, 413, 273. doi: 10.1016/S0076-6879(06)13015-3(16) Sciarretta, K. L.; rdon, D. J.; Meredith, S. C. Methods Enzymol. 2006, 413, 273. doi: 10.1016/S0076-6879(06)13015-3

    17. [17]

      (17) Funke, S. A.;Willbold, D. Curr. Pharm. Des. 2012, 18, 755. doi: 10.2174/138161212799277752(17) Funke, S. A.;Willbold, D. Curr. Pharm. Des. 2012, 18, 755. doi: 10.2174/138161212799277752

    18. [18]

      (18) Li, H.; Zemel, R.; Lopes, D. H.; Monien, B. H.; Bitan, G.ChemMedChem 2012, 7, 515. doi: 10.1002/cmdc.201100584(18) Li, H.; Zemel, R.; Lopes, D. H.; Monien, B. H.; Bitan, G.ChemMedChem 2012, 7, 515. doi: 10.1002/cmdc.201100584

    19. [19]

      (19) Yang, C.; Zhu, X.; Li, J.; Shi, R. J. Mol. Model. 2010, 16, 813.doi: 10.1007/s00894-009-0594-y(19) Yang, C.; Zhu, X.; Li, J.; Shi, R. J. Mol. Model. 2010, 16, 813.doi: 10.1007/s00894-009-0594-y

    20. [20]

      (20) Veloso, A. J.; Kerman, K. Bioelectrochemistry 2012, 84, 49. doi: 10.1016/j.bioelechem.2011.08.007(20) Veloso, A. J.; Kerman, K. Bioelectrochemistry 2012, 84, 49. doi: 10.1016/j.bioelechem.2011.08.007

    21. [21]

      (21) Ja ta, S.; Rajadas, J. Int. J. Pept. Res. Ther. 2012, 18, 53. doi: 10.1007/s10989-011-9278-4(21) Ja ta, S.; Rajadas, J. Int. J. Pept. Res. Ther. 2012, 18, 53. doi: 10.1007/s10989-011-9278-4

    22. [22]

      (22) Tjernberg, L. O.; Naslund, J.; Lindqvist, F.; Johansson, J.;Karlstrom, A. R.; Thyberg, J.; Terenius, L.; Nordstedt, C.J. Biol. Chem. 1996, 271, 8545. doi: 10.1074/jbc.271.15.8545(22) Tjernberg, L. O.; Naslund, J.; Lindqvist, F.; Johansson, J.;Karlstrom, A. R.; Thyberg, J.; Terenius, L.; Nordstedt, C.J. Biol. Chem. 1996, 271, 8545. doi: 10.1074/jbc.271.15.8545

    23. [23]

      (23) Soto, C.; Kindy, M. S.; Baumann, M.; Frangione, B. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1996, 226, 672. doi: 10.1006/bbrc.1996.1413(23) Soto, C.; Kindy, M. S.; Baumann, M.; Frangione, B. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1996, 226, 672. doi: 10.1006/bbrc.1996.1413

    24. [24]

      (24) Soto, C.; Sigurdsson, E. M.; Morelli, L.; Kumar, R. A.; Castano,E. M.; Frangione, B. Nat. Med. 1998, 4, 822. doi: 10.1038/nm0798-822(24) Soto, C.; Sigurdsson, E. M.; Morelli, L.; Kumar, R. A.; Castano,E. M.; Frangione, B. Nat. Med. 1998, 4, 822. doi: 10.1038/nm0798-822

    25. [25]

      (25) Adessi, C.; Frossard, M. J.; Boissard, C.; Fraga, S.; Bieler, S.;Ruckle, T.; Vilbois, F.; Robinson, S. M.; Mutter, M.; Banks,W.A.; Soto, C. J. Biol. Chem. 2003, 278, 13905. doi: 10.1074/jbc.M211976200(25) Adessi, C.; Frossard, M. J.; Boissard, C.; Fraga, S.; Bieler, S.;Ruckle, T.; Vilbois, F.; Robinson, S. M.; Mutter, M.; Banks,W.A.; Soto, C. J. Biol. Chem. 2003, 278, 13905. doi: 10.1074/jbc.M211976200

    26. [26]

      (26) Hetenyi, C.; Szabo, Z.; Klement, E.; Datki, Z.; Kortvelyesi, T.;Zarandi, M.; Penke, B. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2002,292, 931. doi: 10.1006/bbrc.2002.6745(26) Hetenyi, C.; Szabo, Z.; Klement, E.; Datki, Z.; Kortvelyesi, T.;Zarandi, M.; Penke, B. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2002,292, 931. doi: 10.1006/bbrc.2002.6745

    27. [27]

      (27) Yang, C.; Li, J. Y.; Li, Y.; Zhu, X. L. J. Mol. Struct. -Theochem2009, 895, 1. doi: 10.1016/j.theochem.2008.10.003(27) Yang, C.; Li, J. Y.; Li, Y.; Zhu, X. L. J. Mol. Struct. -Theochem2009, 895, 1. doi: 10.1016/j.theochem.2008.10.003

    28. [28]

      (28) Wei, G.; Jewett, A. I.; Shea, J. E. Phys. Chem. Chem. Phys.2010, 12, 3622.(28) Wei, G.; Jewett, A. I.; Shea, J. E. Phys. Chem. Chem. Phys.2010, 12, 3622.

    29. [29]

      (29) Liu, F. F.; Dong, X. Y.; He, L.; Middelberg, A. P.; Sun, Y.J. Phys. Chem. B 2011, 115, 11879. doi: 10.1021/jp202640b(29) Liu, F. F.; Dong, X. Y.; He, L.; Middelberg, A. P.; Sun, Y.J. Phys. Chem. B 2011, 115, 11879. doi: 10.1021/jp202640b

    30. [30]

      (30) Viet, M. H.; N , S. T.; Lam, N. S.; Li, M. S. J. Phys. Chem. B2011, 115, 7433. doi: 10.1021/jp1116728(30) Viet, M. H.; N , S. T.; Lam, N. S.; Li, M. S. J. Phys. Chem. B2011, 115, 7433. doi: 10.1021/jp1116728

    31. [31]

      (31) Fradinger, E. A.; Monien, B. H.; Urbanc, B.; Lomakin, A.; Tan,M.; Li, H.; Spring, S. M.; Condron, M. M.; Cruz, L.; Xie, C.W.;Benedek, G. B.; Bitan, G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008,105, 14175. doi: 10.1073/pnas.0807163105(31) Fradinger, E. A.; Monien, B. H.; Urbanc, B.; Lomakin, A.; Tan,M.; Li, H.; Spring, S. M.; Condron, M. M.; Cruz, L.; Xie, C.W.;Benedek, G. B.; Bitan, G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008,105, 14175. doi: 10.1073/pnas.0807163105

    32. [32]

      (32) Crescenzi, O.; Tomaselli, S.; Guerrini, R.; Salvadori, S.;D' Ursi, A. M.; Temussi, P. A.; Picone, D. Eur. J. Biochem.2002, 269, 5642. doi: 10.1046/j.1432-1033.2002.03271.x(32) Crescenzi, O.; Tomaselli, S.; Guerrini, R.; Salvadori, S.;D' Ursi, A. M.; Temussi, P. A.; Picone, D. Eur. J. Biochem.2002, 269, 5642. doi: 10.1046/j.1432-1033.2002.03271.x

    33. [33]

      (33) van Der Spoel, D.; Lindahl, E.; Hess, B.; Groenhof, G.; Mark,A. E.; Berendsen, H. J. J. Comput. Chem. 2005, 26, 1701. doi: 10.1002/jcc.20291(33) van Der Spoel, D.; Lindahl, E.; Hess, B.; Groenhof, G.; Mark,A. E.; Berendsen, H. J. J. Comput. Chem. 2005, 26, 1701. doi: 10.1002/jcc.20291

    34. [34]

      (34) van Gunsteren,W. F.; Billeter, S. R.; Eising, A. A.;Hünenberger, P. H.; Krüger, P.; Mark, A. E.; Scott,W. R. P.;Tironi, I. G. In Biomolecular Simulation: The GROMOS96 Manual and User Guide; Zürich, Switzerland, Groningen,Holland, 1996.(34) van Gunsteren,W. F.; Billeter, S. R.; Eising, A. A.;Hünenberger, P. H.; Krüger, P.; Mark, A. E.; Scott,W. R. P.;Tironi, I. G. In Biomolecular Simulation: The GROMOS96 Manual and User Guide; Zürich, Switzerland, Groningen,Holland, 1996.

    35. [35]

      (35) Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren,W. F.;Hermans, J. Intermolecular Forces; Pullmann, B. Ed.; Reidel:Dordecht, Holland, 1981.(35) Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren,W. F.;Hermans, J. Intermolecular Forces; Pullmann, B. Ed.; Reidel:Dordecht, Holland, 1981.

    36. [36]

      (36) Darden, T.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98,10089. doi: 10.1063/1.464397(36) Darden, T.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98,10089. doi: 10.1063/1.464397

    37. [37]

      (37) Verlet, L. Phys. Rev. 1967, 159, 98. doi: 10.1103/PhysRev.159.98(37) Verlet, L. Phys. Rev. 1967, 159, 98. doi: 10.1103/PhysRev.159.98

    38. [38]

      (38) Hess, B.; Berendsen, H. J. C.; Fraaije, J. G. E. M. J. Comput. Chem. 1997, 18, 1463. doi: 10.1002/(SICI)1096-987X(199709)18:12<1463::AID-JCC4>3.0.CO;2-H(38) Hess, B.; Berendsen, H. J. C.; Fraaije, J. G. E. M. J. Comput. Chem. 1997, 18, 1463. doi: 10.1002/(SICI)1096-987X(199709)18:12<1463::AID-JCC4>3.0.CO;2-H

    39. [39]

      (39) Beredsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren,W. F.; DiNola, A.; Haak, J. R. J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684. doi: 10.1063/1.448118(39) Beredsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren,W. F.; DiNola, A.; Haak, J. R. J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684. doi: 10.1063/1.448118

    40. [40]

      (40) Kabsch,W.; Sander, C. Biopolymers 1983, 22, 2577. doi: 10.1002/bip.360221211(40) Kabsch,W.; Sander, C. Biopolymers 1983, 22, 2577. doi: 10.1002/bip.360221211

    41. [41]

      (41) Hu, J. P.; Sun, T. G.; Chen,W. Z.;Wang, C. X. Acta Chim. Sin.2006, 64, 2079. [胡建平, 孙庭广, 陈慰祖, 王存新. 化学学报, 2006, 64, 2079.](41) Hu, J. P.; Sun, T. G.; Chen,W. Z.;Wang, C. X. Acta Chim. Sin.2006, 64, 2079. [胡建平, 孙庭广, 陈慰祖, 王存新. 化学学报, 2006, 64, 2079.]

    42. [42]

      (42) Kollman, P. A.; Massova, I.; Reyes, C.; Kuhn, B.; Huo, S.;Chong, L.; Lee, M.; Lee, T.; Duan, Y.;Wang,W.; Donini, O.;Cieplak, P.; Srinivasan, J.; Case, D. A.; Cheatham, T. E., III.Accounts Chem. Res. 2000, 33, 889. doi: 10.1021/ar000033j(42) Kollman, P. A.; Massova, I.; Reyes, C.; Kuhn, B.; Huo, S.;Chong, L.; Lee, M.; Lee, T.; Duan, Y.;Wang,W.; Donini, O.;Cieplak, P.; Srinivasan, J.; Case, D. A.; Cheatham, T. E., III.Accounts Chem. Res. 2000, 33, 889. doi: 10.1021/ar000033j

    43. [43]

      (43) Li, H.; Luo, Y.; Derreumaux, P.;Wei, G. J. Phys. Chem. B 2010,114, 1004. doi: 10.1021/jp908889q(43) Li, H.; Luo, Y.; Derreumaux, P.;Wei, G. J. Phys. Chem. B 2010,114, 1004. doi: 10.1021/jp908889q

    44. [44]

      (44) Liu, F. F.; Dong, X. Y.; Sun, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26,1643. [刘夫锋, 董晓燕, 孙彦. 物理化学学报, 2010, 26,1643.](44) Liu, F. F.; Dong, X. Y.; Sun, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26,1643. [刘夫锋, 董晓燕, 孙彦. 物理化学学报, 2010, 26,1643.]

    45. [45]

      (45) Hu, J. P.; ng, X. Q.; Su, J. G.; Chen,W. Z.;Wang, C. X.Biophys. Chem. 2008, 132, 69. doi: 10.1016/j.bpc.2007.09.008(45) Hu, J. P.; ng, X. Q.; Su, J. G.; Chen,W. Z.;Wang, C. X.Biophys. Chem. 2008, 132, 69. doi: 10.1016/j.bpc.2007.09.008

    46. [46]

      (46) Huang, B.; Liu, F. F.; Dong, X. Y.; Sun, Y. J. Phys. Chem. B2012, 116, 424. doi: 10.1021/jp205770p(46) Huang, B.; Liu, F. F.; Dong, X. Y.; Sun, Y. J. Phys. Chem. B2012, 116, 424. doi: 10.1021/jp205770p

    47. [47]

      (47) Huang, B.; Liu, F. F.; Dong, X. Y.; Sun, Y. J. Phys. Chem. B2011, 115, 4168. doi: 10.1021/jp111216g(47) Huang, B.; Liu, F. F.; Dong, X. Y.; Sun, Y. J. Phys. Chem. B2011, 115, 4168. doi: 10.1021/jp111216g

    48. [48]

      (48) Hou, T.;Wang, J.; Li, Y.;Wang,W. J. Comput. Chem. 2011, 32,866. doi: 10.1002/jcc.21666(48) Hou, T.;Wang, J.; Li, Y.;Wang,W. J. Comput. Chem. 2011, 32,866. doi: 10.1002/jcc.21666

    49. [49]

      (49) Liu, F. F.; Liu, Z.; Bai, S.; Dong, X. Y.; Sun, Y. J. Chem. Phys.2012, 136, 145101. doi: 10.1063/1.3702195(49) Liu, F. F.; Liu, Z.; Bai, S.; Dong, X. Y.; Sun, Y. J. Chem. Phys.2012, 136, 145101. doi: 10.1063/1.3702195

    50. [50]

      (50) Santini, S.;Wei, G.; Mousseau, N.; Derreumaux, P. Structure2004, 12, 1245. doi: 10.1016/j.str.2004.04.018(50) Santini, S.;Wei, G.; Mousseau, N.; Derreumaux, P. Structure2004, 12, 1245. doi: 10.1016/j.str.2004.04.018

    51. [51]

      (51) Kokkoni, N.; Stott, K.; Amijee, H.; Mason, J. M.; Doig, A. J.Biochemistry 2006, 45, 9906. doi: 10.1021/bi060837s

      (51) Kokkoni, N.; Stott, K.; Amijee, H.; Mason, J. M.; Doig, A. J.Biochemistry 2006, 45, 9906. doi: 10.1021/bi060837s

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  951
  • 文章访问数:  2795
  • HTML全文浏览量:  66
文章相关
  • 发布日期:  2012-10-17
  • 收稿日期:  2012-05-14
  • 网络出版日期:  2012-07-16
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章