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蛋白質集體運動與異位調控的分子模擬

為了解決連訊 討論的問題，作者李中皓 這樣論述：

蛋白質有彈性的結構，維持著蛋白質特有的生物功能，這些彈性的結構是能透過觀測蛋白質二級結構的集體運動來呈現，例如Alpha-helix或Beta-sheet的運動模式；異位調控是蛋白質集體運動中一種特別的方式，這種調控方式能夠使蛋白質配體(ligand)結合位置接受訊息後，迅速影響在遠端的蛋白質活化位；異位調控參與的蛋白質種類非常廣泛，例如調節酵素(regulatory enzymes)、膜蛋白(Membrane proteins)、核受體(Nuclear receptors)等都是人體中重要的因子，然而這之間集體運動的傳遞路徑的機制仍然不甚清楚。在本篇研究中，我們使用了IGPS(Imid

azole Glycerol Phosphate Synthase)作為方法學的研究模型，透過分析蛋白質特有的MI (Mutual information)值，我們計算出蛋白質中所有胺基酸之間的運動相關性，並且描述出蛋白質內的集體運動的傳遞路徑；IGPS為兩個次單元HisF以及HisH組成，我們發現IGPS最主要的調控路徑為HisF和HisH間集體運動的傳遞路徑；然而在IGPS異位調控因子PRFAR存在下，我們發現HisF和HisH間產生了新的訊息調控路徑；進一步透過PCA(Principal component analysis)分析蛋白質運動，我們發現IGPS二級結構的集體運動，和前述的集

體運動的傳遞路徑有著相同的運動差異。本篇研究中，我們使用氯離子通道蛋白(Glutamate-gated chloride ion channel)作為研究模型，透過cMD(Conventional Molecular Dynamics)以及aMD(Accelerated Molecular Dynamics)不同方式的電腦模擬，我們發現aMD能提供更廣的結構搜尋空間，同時利用PCA(Principle component analysis)及氯離子通道蛋白的幾何特性，例如細胞膜外區域的順逆時針旋轉，以及離子通道的大小，我們可以清楚地描述離子通道蛋白在模擬過程中的結構狀態。透過MI值的分析方法，

我們將氯離子通道蛋白的異位調控機制分為三種主要的類型，1. β2-β3 loop的集體運動的傳遞路徑，2. β7、9、10的集體運動的傳遞路徑，3. β2-β3 loop傳遞至M4 helix的集體運動的傳遞路徑，此外透過路徑分析，我們找出潛在的胺機酸(V18、L64、G67、T90)，可以作為結構運動傳遞訊息的重要區位，並且由調控因子結合引發異位調控機制。