生物胺受体配基结合区域及其位点的预测

论文摘要

生物胺受体是G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors,GPCRs）类视紫质受体家族的一个亚家族,根据序列同源性与配基的结合情况它又可以分为七个子受体家族,分别是:乙酰胆碱（Acetylcholine）受体、肾上腺素（Adreno）受体、多巴胺（Dopamine）受体、组胺（Histamine）受体、奥克巴胺（Octopamine）受体、血清素（Serotonin）受体和示踪胺（Trace amine）受体。它的肽链由N末端、C末端、3个胞外环（ECL1→ECL3）、3～4个胞内环（ICL1→ICL4）以及由胞内外环连接的7个跨膜α螺旋（TM1→TM7）所组成。生物胺是一种刺激神经组织的分子,它需要对应的受体来传递和行使功能,所以生物胺受体成为了一种非常重要的药物靶标。如何在生物胺受体结构数据严重匮乏的基础上研究受体的配基结合位点及其它功能位点,已成为药物设计中的关键问题。过去主要是通过亲和标记和点突变等实验方法进行研究。由于亲合试剂数量的限制以及突变实验的间接影响,对于生物胺受体的研究具有很大的限制性与盲目性。而采用生物信息学方法可以有效的弥补实验上的缺陷,并指导后续的实验。 为了更准确地描述生物胺受体的配基结合机制,本研究采用motif结合受体三维结构的预测方法,从整体与局部两个层次对受体做了分析。从整体上,分析了生物胺受体的可变性、疏水性和保守性。值得注意的是,E-Ⅱ环很可能也参与了配基结合这一过程,过去人们普遍认为只有TM区参与配基结合,但从可变性分析结果来看,生物胺受体的E-Ⅱ环很可能会象已知结构的视紫质受体那样伸入到TM区形成的“口袋”中,与TM区一起参与配基的结合。从疏水性分析来看,TM3、TM5与TM7在整体上是高度亲水的,推测可能是配基直接结合区域。结合可变性、疏水性和保守性构建了生物胺受体的2D螺旋横横切面模型,从中找到了两个可能的配基结合区Ⅰ、Ⅱ,从位置来看TM3与TM7位于结合区的中部,与Ⅰ、Ⅱ的接触区域最大,并且面向结合区的残基多数为亲水且保守的,推测TM3和TM7主要在配基中起着稳定结构的重要作用;相反TM4可变性很高,所以我们推测TM4可能在配基结合中起关键的作用。从局部上,寻找了生物胺受体及其子受体的motif,提出了父家族可变子家族保守motif概念,即父家族可变区中找到的子家族保守的motif,往往这样的motif在生物胺子受体的配基结合中起关键作用。综合整体与局部分析结果分析了各motif的功能,预测了行使配基结合功能的motif及相应位点,结果证明与突变实验结果有很好的吻合度。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一部分 文献综述
• 1 生物信息学的产生及其发展现状
• 2 生物胺受体研究进展
• 2.1 生物胺受体概述及分类
• 2.2 生物胺受体的结构
• 2.2.1 完善中的生物胺受体结构
• 2.2.2 牛视紫红质三维结构
• 3 生物胺受体与配基的结合
• 3.1 G蛋白偶联受体配基结合机制
• 3.2 生物胺受体配基结合区域
• 4 生物胺受体二聚化
• 4.1 生物胺受体二聚化的发现
• 4.2 生物胺受体二聚物的作用方式
• 4.3 生物胺受体二聚化的功能
• 5 生物胺受体的活化模式与机制
• 6 生物胺受体的失敏与内吞
• 7 识别配基结合位点的方法
• 7.1 亲和标记
• 7.2 点突变
• 7.3 生物信息学方法在识别配基结合位点的优势和特点
• 8 研究目的和研究意义
• 第二部分 生物胺受体配基结合区域及其位点的预测
• 1 材料和方法
• 1.1 生物胺受体序列
• 1.2 方法
• 1.2.1 构建全局多重序列比对与一致序列
• 1.2.2 跨膜区预测
• 1.2.3 疏水性分析
• 1.2.4 可变性分析
• 1.2.5 识别生物胺受体motif
• 1.2.6 父家族可变子家族保守motif
• 1.2.7 构建生物胺受体2D螺旋横切面模型
• 1.2.8 突变实验数据分析单个motif
• 2 结果与分析
• 2.1 从整体上分析生物胺受体配基结合区域
• 2.1.1 HMMER产生的TM区一致序列
• 2.1.2 生物胺受体的疏水性分析
• 2.1.3 生物胺受体的可变性分析
• 2.1.4 构建的生物胺受体2D螺旋横切面模型
• 2.1.5 突变实验结果
• 2.2 局部上分析受体可能的配基结合位点及其相关功能
• 2.2.1 MEME结果
• 2.2.2 motif的二级结构定位
• 2.2.3 motif功能分析
• 2.2.4 预测的生物胺受体配基结合位点
• 第三部分 讨论
• 1 研究中的主要发现
• 2 研究中的优势与不足
• 3 进一步的研究
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录