金屬離子對腫瘤抑制蛋白p53影響的分子模擬

王衛(wèi)京，詹世平，丁仕強(qiáng)

（大連大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 大連 116622）

0 引言

蛋白p53是一種腫瘤抑制蛋白，具有調(diào)控細(xì)胞周期，進(jìn)行DNA修復(fù)等功能，還能夠啟動(dòng)不能夠修復(fù)細(xì)胞的凋亡過程，使細(xì)胞進(jìn)入程序性死亡過程，阻止癌變細(xì)胞的產(chǎn)生。而p53突變導(dǎo)致腫瘤的產(chǎn)生，約一半的腫瘤中存在p53的突變。

人體內(nèi)存在多種金屬離子，這些金屬離子對p53有不同的影響。薛永來等[1]用光譜法研究了9種金屬離子與p53DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的相互作用，發(fā)現(xiàn)Ba2+，Ca2+，Co2+，Mn2+，Ni2+沒有引起蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)變化，Zn2+，Mg2+和Fe3+會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)細(xì)微調(diào)整，Cu2+的作用會(huì)導(dǎo)致蛋白螺旋結(jié)構(gòu)大量丟失。陳洋[2]用原子力顯微鏡研究了不同濃度的鎂離子對p53-DNA結(jié)合的影響，認(rèn)為高濃度的鎂離子可以促進(jìn)p53蛋白的聚集和p53-DNA的自組裝。王帥[3]研究了鎂離子對p53PDB與靶基因相互作用的影響，發(fā)現(xiàn)鎂離子是一個(gè)影響和調(diào)節(jié)p53轉(zhuǎn)錄激活活性的因子。丁超[4]利用分子對接技術(shù)，設(shè)計(jì)了以p53/MDM2PP3為靶點(diǎn)的聯(lián)芳基乙烯骨架的新型分子，這些分子表現(xiàn)出了較好的抗癌活性。許先進(jìn)[5]采用分子模擬的方法，用SMD技術(shù)在分子水平上揭示了抗癌多肽p28和癌癥抑制因子p53復(fù)合物解離過程。本文利用分子模擬研究了Na+，K+，Ca2+，Mg2+，Zn2+離子對p53蛋白的作用。

1 分子模擬過程

本次模擬采用分子模擬軟件NAMD2.12進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算，可視化軟件VMD1.9.3進(jìn)行建模和輔助顯示，計(jì)算力場選用CHARMM力場。從蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫（RCSB PDB）下載p53晶體結(jié)構(gòu)文件（PDB序號(hào)：2OCJ），經(jīng)過VMD提取得到該分子的單獨(dú)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。通過VMD軟件將該蛋白質(zhì)分子放入球狀水體中，如圖2所示，再分別加入濃度為 0.2 mM 的 NaCl，KCl，CaCl2，MgCl2，ZnCl2。構(gòu)建好體系后用NAMD2.12進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算，計(jì)算溫度為310 K。先對體系進(jìn)行2 ps的能量最小化，再對體系進(jìn)行100 ps的動(dòng)力學(xué)計(jì)算。

圖1 p53蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

圖2 放入蛋白質(zhì)分子的球狀水體

2 結(jié)果與討論

通過分子動(dòng)力學(xué)模擬，計(jì)算蛋白質(zhì)分子的RMSD值，即均方根偏差。RMSD值是衡量分子在模擬過程中各原子運(yùn)動(dòng)幅度的一個(gè)值。RMSD值越大，表示分子在模擬過程中各原子的位置變化越劇烈，否則，各原子位置變化較小。

圖3是分子模擬的計(jì)算結(jié)果。從圖3中可以看出，加入Mg2+后，p53蛋白質(zhì)的RMSD值要明顯比加入Na+，K+，Ca2+，Zn2+離子的值要高。這表明在Mg2+的作用下，p53蛋白質(zhì)中各原子的運(yùn)動(dòng)幅度要高于在其他離子作用下的運(yùn)動(dòng)幅度。也就是說，Mg2+引起蛋白質(zhì)構(gòu)象變化較大，而這種大的變化有可能導(dǎo)致p53蛋白的突變。

圖3 不同離子作用下p53的RSMD值

圖4、圖5從不同角度顯示了分子模擬過程中，Mg2+作用下p53蛋白質(zhì)分子中各氨基酸殘基的RMSD值分布情況，其中紅色表示殘基活動(dòng)劇烈，藍(lán)色表示運(yùn)動(dòng)幅度較小，而白色則介于二者之間。從圖中可以看出，在Mg2+影響下，蛋白質(zhì)分子有幾處氨基酸殘基運(yùn)動(dòng)幅度較大，特別是圖4右方α螺旋附近區(qū)域，有氨基酸殘基運(yùn)動(dòng)劇烈。該區(qū)域是p53蛋白的核心區(qū)域，負(fù)責(zé)與DNA的結(jié)合，其氨基酸殘基運(yùn)動(dòng)幅度較大有可能增加p53蛋白質(zhì)與DNA結(jié)合概率，但是過大的運(yùn)動(dòng)幅度則該區(qū)域構(gòu)象有可能發(fā)生突變，使p53蛋白質(zhì)失去與DNA結(jié)合的能力，喪失DNA修復(fù)等功能。

圖4 氨基酸殘基RMSD分布圖

圖5 氨基酸殘基RMSD分布圖

3 結(jié)論

本文研究了 Na+，K+，Ca2+，Mg2+，Zn2+離子對p53蛋白的影響。分子模擬結(jié)果顯示，Mg2+離子較其他離子對p53有較大的影響，引起蛋白質(zhì)構(gòu)象變化較大。在p53蛋白的核心區(qū)域，殘基的RMSD較大，表明Mg2+對該蛋白質(zhì)核心區(qū)域影響較大，影響了其與DNA的結(jié)合能力，從而最終對p53的功能產(chǎn)生影響。