富勒烯与β淀粉样肽低聚体结合的分子动力学模拟

周晓颖 郗文辉 韦广红

引用本文: 周晓颖, 郗文辉, 韦广红. 富勒烯与β淀粉样肽低聚体结合的分子动力学模拟[J]. 物理化学学报, 2014, 30(8): 1587-1596. doi: 10.3866/PKU.WHXB201405291 shu
Citation:  ZHOU Xiao-Ying, XI Wen-Hui, WEI Guang-Hong. Molecular Dynamics Simulations on the Binding of Fullerene to Amyloid-β Oli mers[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(8): 1587-1596. doi: 10.3866/PKU.WHXB201405291 shu

富勒烯与β淀粉样肽低聚体结合的分子动力学模拟

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(11274075)资助项目. 

摘要:

本文通过分子动力学模拟研究富勒烯在Aβ42 低聚体表面的结合过程. 在结合过程中,C60在Aβ表面经历一系列尝试过程,最终找到某个稳定的结合位点. 根据结合的残基不同,这些结合位点可以分为六类,其中核心疏水区域(CHC)位点(17LVFFA21)及Turn 27-31 位点(27NKGAI31)具有最强的结合稳定性. 二者的结合主要通过范德华作用稳定,而溶剂化效应则起相反作用. 在这六类位点中的两个位点,观察到C60会对Aβ二级结构起破坏作用. 其一位于核心疏水区域,C60有挤入多肽β片层中间的趋势;另外一位点位于N端,C60能够破坏外侧Aβ的3-5 号残基的主链氢键,瓦解其末端的β片结构. 这两个过程对理解富勒烯抑制Aβ聚集的微观机制提供了帮助. 此外,在Turn 27-31 位点以及Y10-H14 位点,发现了富勒烯与Aβ纤维样聚集体结合的沟槽滚动机制,即富勒烯能够在淀粉样低聚体表面形成的特定沟槽内滚动. 这一特征有助于预测富勒烯在其它淀粉样多肽表面的结合位点及结合行为.

English

    1. [1]

      (1) Chiti, F.; Dobson, C. M. Annu. Rev. Biochem. 2006, 75, 333. doi: 10.1146/annurev.biochem.75.101304.123901

      (1) Chiti, F.; Dobson, C. M. Annu. Rev. Biochem. 2006, 75, 333. doi: 10.1146/annurev.biochem.75.101304.123901

    2. [2]

      (2) Selkoe, D. J. Nature 2003, 426, 900. doi: 10.1038/nature02264(2) Selkoe, D. J. Nature 2003, 426, 900. doi: 10.1038/nature02264

    3. [3]

      (3) Selkoe, D. J. Physiol. Rev. 2001, 81, 741.(3) Selkoe, D. J. Physiol. Rev. 2001, 81, 741.

    4. [4]

      (4) Selkoe, D. J. Jama-J. Am. Med. Assoc. 2000, 283, 1615. doi: 10.1001/jama.283.12.1615(4) Selkoe, D. J. Jama-J. Am. Med. Assoc. 2000, 283, 1615. doi: 10.1001/jama.283.12.1615

    5. [5]

      (5) Blennow, K.; de Leon, M. J.; Zetterberg, H. Lancet 2006, 368, 387. doi: 10.1016/S0140-6736(06)69113-7(5) Blennow, K.; de Leon, M. J.; Zetterberg, H. Lancet 2006, 368, 387. doi: 10.1016/S0140-6736(06)69113-7

    6. [6]

      (6) Selkoe, D. J. Nature 1999, 399, A23.(6) Selkoe, D. J. Nature 1999, 399, A23.

    7. [7]

      (7) Hardy, J.; Selkoe, D. J. Science 2002, 297, 353. doi: 10.1126/science.1072994(7) Hardy, J.; Selkoe, D. J. Science 2002, 297, 353. doi: 10.1126/science.1072994

    8. [8]

      (8) LaFerla, F. M.; Green, K. N.; Oddo, S. Nat. Rev. Neurosci. 2007, 8, 499. doi: 10.1038/nrn2168(8) LaFerla, F. M.; Green, K. N.; Oddo, S. Nat. Rev. Neurosci. 2007, 8, 499. doi: 10.1038/nrn2168

    9. [9]

      (9) Reinhard, C.; Hebert, S. S.; De Strooper, B. Embo. J. 2005, 24, 3996. doi: 10.1038/sj.emboj.7600860(9) Reinhard, C.; Hebert, S. S.; De Strooper, B. Embo. J. 2005, 24, 3996. doi: 10.1038/sj.emboj.7600860

    10. [10]

      (10) Finder, V. H.; Glockshuber, R. Neurodegener. Dis. 2007, 4, 13. doi: 10.1159/000100355(10) Finder, V. H.; Glockshuber, R. Neurodegener. Dis. 2007, 4, 13. doi: 10.1159/000100355

    11. [11]

      (11) Rauk, A. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 2698. doi: 10.1039/b807980n(11) Rauk, A. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 2698. doi: 10.1039/b807980n

    12. [12]

      (12) Luhrs, T.; Ritter, C.; Adrian, M.; Riek-Loher, D.; Bohrmann, B.; Doeli, H.; Schubert, D.; Riek, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 17342. doi: 10.1073/pnas.0506723102(12) Luhrs, T.; Ritter, C.; Adrian, M.; Riek-Loher, D.; Bohrmann, B.; Doeli, H.; Schubert, D.; Riek, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 17342. doi: 10.1073/pnas.0506723102

    13. [13]

      (13) Tycko, R. Annu. Rev. Phys. Chem. 2011, 62, 279. doi: 10.1146/annurev-physchem-032210-103539(13) Tycko, R. Annu. Rev. Phys. Chem. 2011, 62, 279. doi: 10.1146/annurev-physchem-032210-103539

    14. [14]

      (14) Straub, J. E.; Thirumalai, D. Annu. Rev. Phys. Chem. 2011, 62, 437. doi: 10.1146/annurev-physchem-032210-103526(14) Straub, J. E.; Thirumalai, D. Annu. Rev. Phys. Chem. 2011, 62, 437. doi: 10.1146/annurev-physchem-032210-103526

    15. [15]

      (15) Walsh, D. M.; Selkoe, D. J. J. Neurochem. 2007, 101, 1172. doi: 10.1111/j.1471-4159.2006.04426.x(15) Walsh, D. M.; Selkoe, D. J. J. Neurochem. 2007, 101, 1172. doi: 10.1111/j.1471-4159.2006.04426.x

    16. [16]

      (16) Ma, K.; Clancy, E. L.; Zhang, Y. B.; Ray, D. G.;Wollenberg, K.; Za rski, M. G. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 8698. doi: 10.1021/ja990864o(16) Ma, K.; Clancy, E. L.; Zhang, Y. B.; Ray, D. G.;Wollenberg, K.; Za rski, M. G. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 8698. doi: 10.1021/ja990864o

    17. [17]

      (17) Peralvarez-Marin, A.; Barth, A.; Graslund, A. J. Mol. Biol. 2008, 379, 589. doi: 10.1016/j.jmb.2008.04.014(17) Peralvarez-Marin, A.; Barth, A.; Graslund, A. J. Mol. Biol. 2008, 379, 589. doi: 10.1016/j.jmb.2008.04.014

    18. [18]

      (18) 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.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100613(18) 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.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100613

    19. [19]

      (19) Saraiva, A. M.; Cardoso, I.; Pereira, M. C.; Coelho, M. A.; Saraiva, M. J.; Mohwald, H.; Brezesinski, G. ChemBioChem 2010, 11, 1905. doi: 10.1002/cbic.201000237(19) Saraiva, A. M.; Cardoso, I.; Pereira, M. C.; Coelho, M. A.; Saraiva, M. J.; Mohwald, H.; Brezesinski, G. ChemBioChem 2010, 11, 1905. doi: 10.1002/cbic.201000237

    20. [20]

      (20) Bitan, G.; Kirkitadze, M. D.; Lomakin, A.; Vollers, S. S.; Benedek, G. B.; Teplow, D. B. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2003, 100, 330. doi: 10.1073/pnas.222681699(20) Bitan, G.; Kirkitadze, M. D.; Lomakin, A.; Vollers, S. S.; Benedek, G. B.; Teplow, D. B. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2003, 100, 330. doi: 10.1073/pnas.222681699

    21. [21]

      (21) Cabaleiro-La , C.; Quinlan-Pluck, F.; Lynch, I.; Dawson, K. A.; Linse, S. ACS Chem. Neurosci. 2010, 1, 279. doi: 10.1021/cn900027u(21) Cabaleiro-La , C.; Quinlan-Pluck, F.; Lynch, I.; Dawson, K. A.; Linse, S. ACS Chem. Neurosci. 2010, 1, 279. doi: 10.1021/cn900027u

    22. [22]

      (22) Cummings, J. L. New Engl. J. Med. 2004, 351, 56. doi: 10.1056/NEJMra040223(22) Cummings, J. L. New Engl. J. Med. 2004, 351, 56. doi: 10.1056/NEJMra040223

    23. [23]

      (23) Kolosnjaj, J.; Szwarc, H.; Moussa, F. Toxicity Studies of Fullerenes and Derivatives. In Bio-Applications of Nanoparticles; Springer: New York, 2007; p 168.(23) Kolosnjaj, J.; Szwarc, H.; Moussa, F. Toxicity Studies of Fullerenes and Derivatives. In Bio-Applications of Nanoparticles; Springer: New York, 2007; p 168.

    24. [24]

      (24) Geckeler, K. E.; Samal, S. Polym. Int. 1999, 48, 743. doi: 10.1002/(SICI)1097-0126(199909)48:9<743::AID-PI246>3.0.CO;2-4(24) Geckeler, K. E.; Samal, S. Polym. Int. 1999, 48, 743. doi: 10.1002/(SICI)1097-0126(199909)48:9<743::AID-PI246>3.0.CO;2-4

    25. [25]

      (25) Jensen, A.W.;Wilson, S. R.; Schuster, D. I. Bioorgan. Med. Chem. 1996, 4, 767. doi: 10.1016/0968-0896(96)00081-8(25) Jensen, A.W.;Wilson, S. R.; Schuster, D. I. Bioorgan. Med. Chem. 1996, 4, 767. doi: 10.1016/0968-0896(96)00081-8

    26. [26]

      (26) Li, C. X.; Mezzenga, R. Nanoscale 2013, 5, 6207. doi: 10.1039/c3nr01644g(26) Li, C. X.; Mezzenga, R. Nanoscale 2013, 5, 6207. doi: 10.1039/c3nr01644g

    27. [27]

      (27) Todorova, N.; Makarucha, A. J.; Hine, N. D. M.; Mostofi, A. A.; Yarovsky, I. PLoS Comput. Biol. 2013, 9 (12), e1003360.(27) Todorova, N.; Makarucha, A. J.; Hine, N. D. M.; Mostofi, A. A.; Yarovsky, I. PLoS Comput. Biol. 2013, 9 (12), e1003360.

    28. [28]

      (28) Podolski, I. Y.; Podlubnaya, Z. A.; Kosenko, E. A.; Mugantseva, E. A.; Makarova, E. G.; Marsagishvili, L. G.; Shpagina, M. D.; Kaminsky, Y. G.;Andrievsky, G. V.; Klochkov, V. K. J. Nanosci. Nanotechnol. 2007, 7, 1479. doi: 10.1166/jnn.2007.330(28) Podolski, I. Y.; Podlubnaya, Z. A.; Kosenko, E. A.; Mugantseva, E. A.; Makarova, E. G.; Marsagishvili, L. G.; Shpagina, M. D.; Kaminsky, Y. G.;Andrievsky, G. V.; Klochkov, V. K. J. Nanosci. Nanotechnol. 2007, 7, 1479. doi: 10.1166/jnn.2007.330

    29. [29]

      (29) Huang, H. M.; Ou, H. C.; Hsieh, S. J.; Chiang, L. Y. Life Sciences 2000, 66, 1525. doi: 10.1016/S0024-3205(00)00470-7(29) Huang, H. M.; Ou, H. C.; Hsieh, S. J.; Chiang, L. Y. Life Sciences 2000, 66, 1525. doi: 10.1016/S0024-3205(00)00470-7

    30. [30]

      (30) Guo, J.; Li, J.; Zhang, Y.; Jin, X.; Liu, H.; Yao, X. Plos One 2013, 8, e65579.(30) Guo, J.; Li, J.; Zhang, Y.; Jin, X.; Liu, H.; Yao, X. Plos One 2013, 8, e65579.

    31. [31]

      (31) Zuo, G.; Zhou, X.; Huang, Q.; Fang, H.; Zhou, R. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 23323-23328. doi: 10.1021/jp208967t(31) Zuo, G.; Zhou, X.; Huang, Q.; Fang, H.; Zhou, R. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 23323-23328. doi: 10.1021/jp208967t

    32. [32]

      (32) Kim, J. E.; Lee, M. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2003, 303, 576. doi: 10.1016/S0006-291X(03)00393-0(32) Kim, J. E.; Lee, M. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2003, 303, 576. doi: 10.1016/S0006-291X(03)00393-0

    33. [33]

      (33) Andujar, S. A.; Lugli, F.; Hofinger, S.; Enriz, R. D.; Zerbetto, F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 8599. doi: 10.1039/c2cp40680b(33) Andujar, S. A.; Lugli, F.; Hofinger, S.; Enriz, R. D.; Zerbetto, F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 8599. doi: 10.1039/c2cp40680b

    34. [34]

      (34) Petkova, A. T.; Yau,W. M.; Tycko, R. Biochemistry 2006, 45, 498. doi: 10.1021/bi051952q(34) Petkova, A. T.; Yau,W. M.; Tycko, R. Biochemistry 2006, 45, 498. doi: 10.1021/bi051952q

    35. [35]

      (35) Lu, J. X.; Qiang,W.; Yau,W. M.; Schwieters, C. D.; Meredith, S. C.; Tycko, R. Cell 2013, 154, 1257. doi: 10.1016/j.cell.2013.08.035(35) Lu, J. X.; Qiang,W.; Yau,W. M.; Schwieters, C. D.; Meredith, S. C.; Tycko, R. Cell 2013, 154, 1257. doi: 10.1016/j.cell.2013.08.035

    36. [36]

      (36) Ma, B. Y.; Nussinov, R. Curr. Opin. Chem. Biol. 2006, 10, 445. doi: 10.1016/j.cbpa.2006.08.018(36) Ma, B. Y.; Nussinov, R. Curr. Opin. Chem. Biol. 2006, 10, 445. doi: 10.1016/j.cbpa.2006.08.018

    37. [37]

      (37) Hezaveh, S.; Samanta, S.; Milano, G.; Roccatano, D. J. Chem. Phys. 2011, 135 (16), 164501. doi: 10.1063/1.3643417(37) Hezaveh, S.; Samanta, S.; Milano, G.; Roccatano, D. J. Chem. Phys. 2011, 135 (16), 164501. doi: 10.1063/1.3643417

    38. [38]

      (38) Hess, B.; Kutzner, C.; van der Spoel, D.; Lindahl, E. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 435.(38) Hess, B.; Kutzner, C.; van der Spoel, D.; Lindahl, E. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 435.

    39. [39]

      (39) van Gunsteren,W. F.; Billeter, S.; Eising, A.; Hünenberger, P. H.; Krüger, P.; Mark, A. E.; Scott,W.; Tironi, I. G. Biomolecular Simulation: the GROMOS96 Manual and User Guide; Vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich: Zürich, 1996.(39) van Gunsteren,W. F.; Billeter, S.; Eising, A.; Hünenberger, P. H.; Krüger, P.; Mark, A. E.; Scott,W.; Tironi, I. G. Biomolecular Simulation: the GROMOS96 Manual and User Guide; Vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich: Zürich, 1996.

    40. [40]

      (40) Berendsen, H.; Postma, J.; Van Gunsteren,W.; Hermans, J. Intermolecular Forces 1981, 11, 331.(40) Berendsen, H.; Postma, J.; Van Gunsteren,W.; Hermans, J. Intermolecular Forces 1981, 11, 331.

    41. [41]

      (41) Darden, T.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089. doi: 10.1063/1.464397(41) Darden, T.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089. doi: 10.1063/1.464397

    42. [42]

      (42) Hess, B.; Bekker, H.; Berendsen, H. J.; Fraaije, J. G. J. Comput. Chem. 1997, 18, 1463. doi: 10.1002/(SICI)1096-987X(199709)18:12<1463::AID-JCC4>3.0.CO;2-H(42) Hess, B.; Bekker, H.; Berendsen, H. J.; Fraaije, J. G. J. Comput. Chem. 1997, 18, 1463. doi: 10.1002/(SICI)1096-987X(199709)18:12<1463::AID-JCC4>3.0.CO;2-H

    43. [43]

      (43) Miyamoto, S.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1992, 13, 952. doi: 10.1002/jcc.540130805(43) Miyamoto, S.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1992, 13, 952. doi: 10.1002/jcc.540130805

    44. [44]

      (44) Case, D. A.; Darden, T. A.; Cheatham, T. E., III; Simmerling, C. L.;Wang, J.; Duke, R. E.; Luo, R.;Walker, R. C.; Zhang,W.;  Merz, K. M.; Roberts, B. P.;Wang, B.; Hayik, S.; Roitberg, A.; Seabra, G.; Kolossvai, I.;Wong, K. F.; Paesani, F.; Vanicek, J.; Liu, J.;Wu, X.; Brozell, S. R.; Steinbrecher, T.; hlke, H.; Cai, Q.; Ye, X.;Wang, J.; Hsieh, M. J.; Cui, G.; Roe, D. R.; Mathews, D. H.; Seetin, M. G.; Sagui, C.; Babin, V.; Luchko, T.; Gusarov, S.; Kovalenko, A.; Kollman, P. A. AMBER 11; University of California: San Francisco, 2010.(44) Case, D. A.; Darden, T. A.; Cheatham, T. E., III; Simmerling, C. L.;Wang, J.; Duke, R. E.; Luo, R.;Walker, R. C.; Zhang,W.;  Merz, K. M.; Roberts, B. P.;Wang, B.; Hayik, S.; Roitberg, A.; Seabra, G.; Kolossvai, I.;Wong, K. F.; Paesani, F.; Vanicek, J.; Liu, J.;Wu, X.; Brozell, S. R.; Steinbrecher, T.; hlke, H.; Cai, Q.; Ye, X.;Wang, J.; Hsieh, M. J.; Cui, G.; Roe, D. R.; Mathews, D. H.; Seetin, M. G.; Sagui, C.; Babin, V.; Luchko, T.; Gusarov, S.; Kovalenko, A.; Kollman, P. A. AMBER 11; University of California: San Francisco, 2010.

    45. [45]

      (45) Kabsch,W.; Sander, C. Biopolymers 1983, 22, 2577. doi: 10.1002/bip.360221211(45) Kabsch,W.; Sander, C. Biopolymers 1983, 22, 2577. doi: 10.1002/bip.360221211

    46. [46]

      (46) Connolly, M. L. J. Appl. Crystallorg. 1983, 16, 548. doi: 10.1107/S0021889883010985(46) Connolly, M. L. J. Appl. Crystallorg. 1983, 16, 548. doi: 10.1107/S0021889883010985

    47. [47]

      (47) Shao, J. Y.; Tanner, S.W.; Thompson, N.; Cheatham, T. E. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 2312.(47) Shao, J. Y.; Tanner, S.W.; Thompson, N.; Cheatham, T. E. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 2312.

    48. [48]

      (48) Onufriev, A.; Bashford, D.; Case, D. A. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 3712.(48) Onufriev, A.; Bashford, D.; Case, D. A. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 3712.

    49. [49]

      (49) Kopitz, H.; Zivkovic, A.; Engels, J.W.; hlke, H. ChemBioChem 2008, 9, 2619. doi: 10.1002/cbic.200800461(49) Kopitz, H.; Zivkovic, A.; Engels, J.W.; hlke, H. ChemBioChem 2008, 9, 2619. doi: 10.1002/cbic.200800461

    50. [50]

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

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

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  807
  • 文章访问数:  701
  • HTML全文浏览量:  10
文章相关
  • 发布日期:  2014-07-18
  • 收稿日期:  2014-04-11
  • 网络出版日期:  2014-05-29
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