[交大智慧]上海交通大學(xué)陳海峰課題組在結(jié)構(gòu)蛋白與天然無規(guī)蛋白的分子力場研究方向取得重要進展
近日，上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院陳海峰教授課題組在J. Chem. Theory Comput. 期刊在線發(fā)表題為“Well-balanced Force Field ff03CMAP for Folded and Disordered Proteins”的研究成果，提供了一種新的高效而平衡的、能夠同時模擬結(jié)構(gòu)蛋白和天然無規(guī)蛋白的分子力場。碩士生張陽鵬為第一作者，陳海峰教授為通訊作者。
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蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，蛋白質(zhì)有結(jié)構(gòu)蛋白和天然無規(guī)蛋白兩種類別。天然無規(guī)蛋白是一類在生理條件下沒有穩(wěn)定三級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，這類蛋白在真核生物蛋白質(zhì)組中的含量超過40%，與腫瘤、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病以及糖尿病等復(fù)雜疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)蛋白的序列結(jié)構(gòu)功能范式已經(jīng)被大家廣泛接受，但天然無規(guī)蛋白的序列無規(guī)功能范式迫切需要建立。與結(jié)構(gòu)蛋白相比，天然無規(guī)蛋白構(gòu)象多樣性等特點導(dǎo)致難以用X-ray、NMR等傳統(tǒng)實驗方法來研究。分子動力學(xué)模擬是研究天然無規(guī)蛋白的序列無規(guī)功能范式的重要方法，分子力場是分子動力學(xué)模擬的基礎(chǔ)，但現(xiàn)有的分子力場尚不能同時模擬結(jié)構(gòu)蛋白與天然無規(guī)蛋白。因而，依賴于高性能計算的分子動力學(xué)模擬在天然無規(guī)蛋白的研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。
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由此，陳海峰教授課題組在ff03分子力場的基礎(chǔ)上，通過添加基于能量的矯正項，發(fā)展了一種平衡而高效的分子力場ff03CMAP，為天然無規(guī)蛋白的序列無規(guī)功能范式的建立奠定了堅實基礎(chǔ)。通過對短肽、天然無規(guī)蛋白、結(jié)構(gòu)蛋白以及快速折疊蛋白等的大量測試結(jié)果表明，該分子力場模擬的化學(xué)位移、J-耦合，序參數(shù)以及殘基偶極耦合都與NMR試驗觀察高度一致，同時比其它分子力場的模擬結(jié)果更加準確。
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該分子力場的發(fā)布對于揭示天然無規(guī)蛋白的序列無規(guī)功能范式以及基于天然無規(guī)蛋白的復(fù)雜疾病發(fā)生發(fā)展的分子機制都具有重要的意義。
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該研究獲得國家重點研發(fā)計劃以及國家自然科學(xué)基金面上項目的資助。
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論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jctc.9b00623
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