基于复杂网络方法研究蛋白质分子体系功能运动的别构机制

项目名称： 基于复杂网络方法研究蛋白质分子体系功能运动的别构机制

项目编号： No.11305139

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 徐秀莲

作者单位： 扬州大学

项目金额： 22万元

中文摘要： 蛋白质分子体系主要通过别构机制(allostery)来实现高效而准确的功能运动。尽管人们已经发现蛋白质的结构决定了别构信号在蛋白质分子体系内的传递特征，但其详细的分子机制却很不清楚。本项目中，我们将基于复杂性科学领域人们发展起来的复杂网络方法，并结合多尺度蛋白质相互作用理论，研究两个典型的具有重要生物学和医学意义且通过别构运动实现生物学功能的蛋白质分子体系，即大肠杆菌中负责将药物分子排出胞外产生耐药性的输运蛋白AcrB和真核细胞代谢网络中的关键蛋白质代谢物活化蛋白CAP。通过构建这两个蛋白质分子机器的氨基酸层次的加权物理相互作用网络，并分析加权氨基酸网络的拓扑性质以及别构信号在加权氨基酸网络中的传递特性来理解：1)蛋白质分子体系实现别构运动的结构和物理相互作用基础；2)细菌产生抗药性的微观分子机制以及产生耐药性的关键氨基酸位点；3）最新发现的动力学别构机制与传统的结构性别构机制的本质区别。

中文关键词： 复杂网络；蛋白质分子；共进化分析；别构；功能位点

英文摘要： Protein molecules realize the long distance conformaional coupling and signal transductions mainly by an allostery mechanism. However, up to now, the molecular mechanism of how the allostery sigals are transferred within a proein system is still unclear. In this project, based on the complex network methods developed in the field of complex system, and combined with the recently developed multiscale method of protein interactions, we study the allostery mechanisms of two typical protein systems, transporter AcrB and catabolite activator protein CAP, both are of imprtance in medicine and biology. By constructing the weighted interaction networks in aimino acid level, and by analyzing the topological properties, as well as the transportation characteristics of the allostery singal within the networks, we try to understand: 1)the structure and interacton basis of the high efficiency functional motions of protein molecules; 2) the microscopic mechanism of the drug resistance of bacteria and the key residues for realizing the drug resistance; 3) the structure and sequence relavance of the dynamic allostery mechanism of the CAP recently observed in experiments.

英文关键词： complex network；protein molecules；coevolution analysis；allostery；functional sites