生物信息学在G蛋白偶联受体功能研究中的运用

论文摘要

G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors, GPCRs）是最大的一类细胞膜表面受体。当G蛋白偶联受体被胞外信号分子刺激后可以激活细胞内的信号转导通路,并最终诱导细胞反应（例如：神经传递、生长、发育、细胞分化、炎症、免疫反应等）。因此,这类受体与多种疾病的形成、发生息息相关,从而成为了新药开发和研究的重要靶点。然而,传统的G蛋白偶联受体研究存在一定的局限性,因此,本论文结合了生物信息学这门交叉学科深入地研究了G蛋白偶联受体功能研究领域的一些重要的课题,突破了传统研究的限制。主要包含两个部分：第一部分调查了新测序完成的家蚕基因组中的G蛋白偶联受体（GPCRs）。GPCRs参与了大量昆虫生理生化过程,如生长、发育等。目前,果蝇、按蚊等模式昆虫的G蛋白偶联受体的研究已经较为深入,但是由于这两种昆虫个体较小,很多生理生化过程很难被观察到。家蚕作为鳞翅目和经济昆虫的代表很好地突破了这个瓶颈。然而,目前家蚕G蛋白偶联受体领域的研究还较少,因此我们运用了比较基因组学的方法详细学习和讨论了家蚕基因组中潜在的G蛋白偶联受体,并具体讨论了家蚕GPCRs与其他模式昆虫G蛋白偶联受体之间的进化关系。第二部分具体研究了一个G蛋白偶联受体与Gα蛋白选择性偶联的分子机制。G蛋白偶联受体与Gα蛋白的选择性偶联机制一直是G蛋白偶联受体功能研究的一个重要课题,但是到目前为止,该机制还仍然保持其未知性。本论文结合了结构生物学和计算生物学,运用了分子建模的方法模拟了人类大麻素受体CB1与Gα蛋白之间的结合。结果发现CB1受体的胞内第二个回环结构,尤其是第222号亮氨酸对Ga蛋白的选择性偶联具有重大的贡献。同时,该结果还很好地解释了实验中观察到的一系列点突变结果的原因和机制。最后,创新性地提出了个可信度较高的Gα蛋白选择性偶联的二面角理论假设。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章:文献综述
• 1.1 G蛋白偶联受体信号转导
• 1.2 G蛋白偶联受体分类
• 1.3 传统的G蛋白偶联受体研究方法
• 1.4 生物信息学
• 1.5 生物信息学在G蛋白偶联受体中的运用
• 1.5.1 G蛋白偶联受体编码序列的确定
• 1.5.2 孤儿G蛋白偶联受体的功能研究
• 1.5.2.1 序列相似性比较方法
• 1.5.2.2 结构域搜索的方法
• 1.5.2.3 构建系统发生树的方法
• 1.5.2.4 基于配体相似性的虚拟筛选
• 1.5.3 G蛋白偶联受体进化生物学研究
• 1.6 总结
• 1.7 参考文献
• 第二章:家蚕基因组中G蛋白偶联受体的识别与功能预测
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 数据来源
• 2.1.1.1 家蚕蛋白组数据来源
• 2.1.1.2 果蝇蛋白组序列来源
• 2.1.1.3 按蚊蛋白组序列来源
• 2.1.2 实验方法
• 2.1.2.1 家蚕基因组中G蛋白偶联受体的确定
• 2.1.2.2 系统进化分析
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 类视紫红质受体家族（A类）
• 2.2.1.1.视蛋白
• 2.2.1.2 生物胺受体
• 2.2.1.3 神经肽及蛋白激素受体
• 2.2.1.4 嘌玲/腺苷受体
• 2.2.2 分泌素受体家族（B类）
• 2.2.3 代谢型谷氨酸受体家族（C类）
• 2.2.4 Frizzled受体家族（F类）
• 2.2.5 非典型的7TM蛋白
• 2.3 总结
• 2.4 参考文献
• 第三章:大麻素受体CB1与G蛋白结合的机制研究
• 3.1 前言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 多序列联配
• 3.2.2 同源建模
• 3.2.2.1 人类大麻素受体CB1非活性构象结构模型的构建
• 3.2.2.2 大麻素受体CB1活性构象结构模型的构建
• 3.2.2.3 人类Gs结构模型的构建
• 3.2.2.4 人类Gi结构模型的构建
• 3.2.3 Gs-CB1复合物模型的构建
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 多序列联配结果
• 3.3.2 大麻素受体CB1-Gs相互作用分析
• 3.3.2.1 H219、R220、R226
• 3.3.2.2 I216、I227、V228
• 3.3.2.3 S217、I218、P231、K232
• 3.3.2.4 L222
• 3.4 总结
• 3.5 参考文献
• 结论
• 硕士期间发表或拟发表的论文
• 致谢