神经氨酸酶突变H1N1流感病毒的抗药性预测研究

论文摘要

从2009年四月份以来,H1N1流感病毒的爆发引起了全世界的关注。世界卫生组织和疾病预防与控制中心一致认为奥司他韦是治疗感染流感病毒病人最有效的抗病毒药物。但是,在2010年二月份世界卫生组织宣布已经发现200多个病例出现了针对奥司他韦出抗药性。奥司他韦（达菲）是神经氨酸酶（NA）的抑制剂,神经氨酸酶在流感病毒复制,释放和致病过程中起着非常重要的作用。奥司他韦口服后经肝脏和肠道酯酶催化迅速转化为其活性代谢物奥司他韦羧酸,奥司他韦羧酸的构型与神经氨酸的过渡态相似,能够竞争性地与流感病毒神经氨酸酶的活性位点结合。流感病毒NA有9个亚型,根据遗传和结构特性分了两类,第一类NA包括N1,N4,N5,N8,;另一类包括N2, N3, N6, N7和N9。第一类和第二类的不同在于150-loop（残基147-152）活性位点附近是否有一个大的空腔。但是,催化位点在所有类中都是保守的。催化位点（R118、D151、D152、R224、E276, R292、R371和Y406）被发现和唾液酸相互作用,而一些辅助位点（E119、R156、W178、S179、D198、1222、E227、H274、E277、N294和E425）被认为支持催化位点的结构。在流感病毒NA的N1亚型中,已证实H274Y和N294S流感病毒株对达菲表现出了强烈的抗药性。在N2和N9亚型中,感染E119V、I222V和R292K突变株的病人对达菲表现出了抗性。在2009年爆发的H1N1流感病毒株中,H274Y突变株对达菲的敏感性平均降低了1466倍。所以,流感病毒NA活性位点的突变有可能影响到流感病毒株对达菲的敏感性的改变。本论文,我们从NCBI数据库中发现了6种新的H1N1流感病毒NA活性位点改变的突变株（E119K、D151G、S179P、D198G、R292W和Y406H）,通过同源建模、分子对接、分子动力学模拟和自由能计算研究了这些突变株对达菲的抗药性,并且对有抗药性的突变株进行了残基能量分解计算,分析了抗药性机制。和WT-OTV复合物比较,突变S179P-OTV和R292W-OTV分别使结合自由能下降了-9.5 kcal/mol和-11.88 kcal/mol,这表明了S179P和R292W突变对达菲产生了抗药性。在突变S179P中,非极性氨基酸脯氨酸取代了极性氨基酸丝氨酸,所以原来起主导作用的极性相互作用降低了2.28kcal/mol。另外Glu227形成的氢键数目的减少也驱使S179P对达菲产生抗药性。在R292W突变中,色氨酸取代精氨酸缩小了侧链的大小,这有可能增大了结合腔的空间,降低了抑制剂与蛋白酶间的亲和能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 流感病毒简介
• 1.2 流感病毒的生命复制周期
• 1.3 流感病毒的神经氨酸酶
• 1.4 神经氨酸酶抑制剂
• 1.5 本论文的研究背景和研究内容
• 1.5.1 研究背景
• 1.5.2 本文的研究内容
• 1.5.3 本文的创新点
• 2 分子对接
• 2.1 分子对接的理论基础
• 2.2 分子对接与药物设计
• 2.3 分子对接方法的分类
• 2.4 分子对接中常用的模拟方法
• 2.4.1 分子动力学模拟方法
• 2.4.2 蒙特卡洛模拟方法
• 2.4.3 模拟退火技术
• 2.4.4 遗传算法
• 2.5 几种有代表性的分子对接方法
• 3 分子动力学模拟
• 3.1 分子动力学模拟的基本原理
• 3.2 分子动力学模拟的系综
• 3.3 自由能计算
• 4 神经氨酸酶突变的分子动力学模拟和自由能计算
• 4.1 H1N1流感病毒突变株的神经氨酸酶氨基酸序列
• 4.2 同源建模
• 4.3 分子对接
• 4.4 分子动力学模拟
• 4.4.1 模拟的具体步骤和参数设置
• 4.4.2 结合自由能计算
• 4.4.3 轨迹分析
• 5 计算结果与讨论
• 6 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 未来展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简历
• 致谢