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本论文以胰岛素聚集过程为研究对象,考察肽糖类小分子对蛋白质聚集和淀粉样纤维化过程的影响,揭示肽类小分子抑制胰岛素聚集机理,分析寡聚糖分子对胰岛素聚集的调控机制。
(1)二茂铁-二肽抑制胰岛素聚集及解聚淀粉样纤维研究:研究Fc-FF和Fc-FY对胰岛素聚集过程的抑制作用,发现两种二茂铁-二肽均以浓度依赖性显著抑制胰岛素原纤化。400μM的Fc-FF或Fc-FY几乎可以完全阻断胰岛素原纤化过程。并且二茂铁-二肽能够在滞后期、伸长期和稳定期分别与胰岛素单体、寡聚体和成熟纤维体相互作用,抑制淀粉样聚集体的形成并解聚成熟原纤维。通过分子动力学模拟重点揭示了二茂铁-二肽通过氢键相互作用,π-π堆积等作用与胰岛素单体或者寡聚体B链的α-螺旋结构稳定结合,阻止胰岛素二级结构从α-螺旋向β-片层状折叠结构的转化,从而抑制甚至完全阻断胰岛素淀粉样纤维的形成。由于Fc-FF与胰岛素分子之间的氢键、范德华力和疏水相互作用,比Fc-FY与胰岛素之间的相互作用更强,导致Fc-FF对最终胰岛素淀粉样纤维形成的抑制能力比Fc-FY更强,但Fc-FY在延长胰岛素滞后时间方面比Fc-FF效果更显著。
(2)二茂铁-三肽抑制胰岛素聚集动力学及机理研究:研究四种二茂铁-三肽(芳香三肽Fc-FFY和Fc-FFF,带电三肽Fc-FFD和Fc-FFK)对胰岛素聚集动力学和形貌结构的影响。四种二茂铁-三肽均以浓度依赖性抑制胰岛素原纤化,300μM的芳香三肽Fc-FFY和Fc-FFF几乎可以完全阻断胰岛素原纤化过程。Zeta电位分析和分子模拟机理显示,四种二茂铁-三肽均能够与胰岛素B链的α-螺旋相互作用,芳香三肽Fc-FFY、Fc-FFF与胰岛素之间以π-π堆积作用为主,而Fc-FFD和Fc-FFK与胰岛素之间以静电相互作用为主。与带电三肽(Fc-FFD和Fc-FFK)及二茂铁-二肽(Fc-FF和Fc-FY)相比,芳香三肽(Fc-FFY和Fc-FFF)对胰岛素聚集抑制能力更强。
(3)小分子寡聚糖调控胰岛素聚集过程研究:考察三种不同寡聚糖(低聚半乳糖,低聚甘露糖,半乳甘露低聚糖)对胰岛素聚集动力学以及聚集过程中不同时段的聚集体结构形貌的影响。发现寡聚糖均能够在一定程度上干扰胰岛素淀粉样纤维化过程,减少各个阶段聚集体形成的数量和纤维体的长度。经分析,寡聚糖调节机制推测为:寡聚糖通过与胰岛素低聚物的非共价相互作用,在胰岛素低聚物的周围形成“保护层”,阻止短纤维进一步组装成成熟长纤维,从而干扰胰岛素的聚集过程,减少胰岛素成熟长纤维的形成。
(1)二茂铁-二肽抑制胰岛素聚集及解聚淀粉样纤维研究:研究Fc-FF和Fc-FY对胰岛素聚集过程的抑制作用,发现两种二茂铁-二肽均以浓度依赖性显著抑制胰岛素原纤化。400μM的Fc-FF或Fc-FY几乎可以完全阻断胰岛素原纤化过程。并且二茂铁-二肽能够在滞后期、伸长期和稳定期分别与胰岛素单体、寡聚体和成熟纤维体相互作用,抑制淀粉样聚集体的形成并解聚成熟原纤维。通过分子动力学模拟重点揭示了二茂铁-二肽通过氢键相互作用,π-π堆积等作用与胰岛素单体或者寡聚体B链的α-螺旋结构稳定结合,阻止胰岛素二级结构从α-螺旋向β-片层状折叠结构的转化,从而抑制甚至完全阻断胰岛素淀粉样纤维的形成。由于Fc-FF与胰岛素分子之间的氢键、范德华力和疏水相互作用,比Fc-FY与胰岛素之间的相互作用更强,导致Fc-FF对最终胰岛素淀粉样纤维形成的抑制能力比Fc-FY更强,但Fc-FY在延长胰岛素滞后时间方面比Fc-FF效果更显著。
(2)二茂铁-三肽抑制胰岛素聚集动力学及机理研究:研究四种二茂铁-三肽(芳香三肽Fc-FFY和Fc-FFF,带电三肽Fc-FFD和Fc-FFK)对胰岛素聚集动力学和形貌结构的影响。四种二茂铁-三肽均以浓度依赖性抑制胰岛素原纤化,300μM的芳香三肽Fc-FFY和Fc-FFF几乎可以完全阻断胰岛素原纤化过程。Zeta电位分析和分子模拟机理显示,四种二茂铁-三肽均能够与胰岛素B链的α-螺旋相互作用,芳香三肽Fc-FFY、Fc-FFF与胰岛素之间以π-π堆积作用为主,而Fc-FFD和Fc-FFK与胰岛素之间以静电相互作用为主。与带电三肽(Fc-FFD和Fc-FFK)及二茂铁-二肽(Fc-FF和Fc-FY)相比,芳香三肽(Fc-FFY和Fc-FFF)对胰岛素聚集抑制能力更强。
(3)小分子寡聚糖调控胰岛素聚集过程研究:考察三种不同寡聚糖(低聚半乳糖,低聚甘露糖,半乳甘露低聚糖)对胰岛素聚集动力学以及聚集过程中不同时段的聚集体结构形貌的影响。发现寡聚糖均能够在一定程度上干扰胰岛素淀粉样纤维化过程,减少各个阶段聚集体形成的数量和纤维体的长度。经分析,寡聚糖调节机制推测为:寡聚糖通过与胰岛素低聚物的非共价相互作用,在胰岛素低聚物的周围形成“保护层”,阻止短纤维进一步组装成成熟长纤维,从而干扰胰岛素的聚集过程,减少胰岛素成熟长纤维的形成。