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基于分子模拟的小分子配体设计和应用研究; Design and applications of small-molecule ligands based on molecular simulations
韦宇平
学位类型博士
导师徐霞
2014-10
学位授予单位中国科学院研究生院
学位专业生物化工
关键词分子模拟 配体设计筛选 血红素配体 小分子肽配体 抗体纯化
摘要分子模拟(Molecular Simulation)是依据物理和化学理论方法,通过计算机建模构建化学或生物仿真分子,继而模拟其微观运动,从而解释或预测生化或理化现象的新兴学科,在生物,医药,物理和化学领域应用广泛。本文以分子模拟为基础,建立小分子配体的设计和筛选方法,成功筛选出可以提高血红蛋白液态制剂稳定性的小分子配体,亦成功设计和筛选出抗体的小分子肽亲和配体。 首先,针对血红蛋白自氧化过程的特点,探索基于分子模拟的小分子配体筛选方法。分子模拟结果显示酪氨酸或谷氨酸的存在有助于在氧铁核心形成“防水堤”网络,阻滞外来亲核攻击;同时稳定末端组氨酸,改变血红素口袋大小,并最终抑制高铁血红蛋白的形成。实验证明:酪氨酸(25℃),谷氨酸(37℃)有效地延长了血红蛋白在液态有氧条件下的保存时间。 其次,鉴于Protein A配体价格昂贵、存在免疫反应等问题,本文考察和比较了免疫球蛋白(IgG)的Fc区,人血清白蛋白(HSA)和Protein A/G结构和性质异同,为建立基于分子模拟的小分子配体设计和筛选方法提供指导。 第三,建立基于分子模拟的小分子配体设计和筛选方法。利用AutoDock和Gromacs进行基于Protein A/G 和全新抗体亲和肽的设计和筛选,得到QQNFC,DTPC和TDDC三个候选序列。通过SPR亲和特性测定和多肽介质的色谱表征,显示色谱表征作为配体性能的检验手段更合适,但三个候选序列吸附效果不尽人意。 第四,在先前的SPR和色谱表征结果进一步优化设计和筛选方法。设计准则为:(1)保证配体与IgG Fc区之间足够高的亲和性;(2)保证配体和HSA表面性质差别的最大化;(3)保证配体和IgG及HSA的作用区是可接触位点。最终获得CEWW,HEYW和DWHW三个候选序列。色谱表征显示:三者在不同pH,盐浓度和流速条件对IgG的亲和性和选择性,与分子模拟的结果相符。同时测定了CEWW,HEYW和DWHW的静态/动态吸附能力,其中DWHW的亲和力Kd =0.9×10-5 M。CEWW和HEYW介质的动态吸附量小于Protein A介质,而DWHW则与之相当。 第五,以CEWW,HEYW和DWHW作为亲和介质从cMEM培养基和CHO发酵液能分离IgG,结果表明其产物纯度大于95%。进一步对DWHW介质的考察表明其收率略高于Protein A介质,并可分别在pH 3和pH 9的条件下洗脱,显示出作为良好的IgG亲和配体的潜力。 最后,利用文中建立的小分子配体设计和筛选方法,构建肝素/海藻糖两亲性配体,设计可负载海藻糖的新型穿膜肽KRKRWHW,并进行穿膜肽负载海藻糖的动物细胞实验。结果表明细胞内海藻糖浓度达到20 mM左右,是对照细胞内海藻糖浓度的4倍以上。 上述结果显示本文建立的基于分子模拟的小分子配体设计和筛选方法切实可行,能够为蛋白分离纯化、目标蛋白检测和药物筛选中的配体设计和筛选提供指导。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/20287
专题研究所(批量导入)
推荐引用方式
GB/T 7714
韦宇平. 基于分子模拟的小分子配体设计和应用研究, Design and applications of small-molecule ligands based on molecular simulations[D]. 中国科学院研究生院,2014.
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