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目的:利用理论计算结合生物实验的方法,对人3型腺病毒六邻体上主要型特异性B细胞中和表位进行预测与鉴定,建立一种基于结构与进化轨迹的表位预测新方法;对六邻体总表位构成进行分析与探讨。
方法:一、从本实验室分离自临床标本的哈尔滨地区人3型腺病毒流行株Harbin04B六邻体的氨基酸序列出发,利用同源建模的方法模建六邻体完整三聚体的三维(three-dimension,3D)空间结构,利用分子力学(Molecular Mechanics,MM)与分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟对结构模型进行优化,利用ProStat与Profile_3D对结构模型的合理性进行评估。二、以模建的人3型腺病毒六邻体的3D空间结构为基础,利用反向进化轨迹(Reverse EvolutionaryTrace,RET)的方法对该株腺病毒六邻体上主要型特异性B细胞中和表位进行预测;合成相应的表位多肽,利用肽ELISA实验对表位预测的正确性进行验证;对表位多肽段进行了1 ns的MD模拟以获得表位多肽在溶液中的平衡构象。三、对含有主要型特异性B细胞中和表位的六邻体塔区建立了两个塔区MD模拟体系:在位限制塔区与单独自由塔区,在隐式溶剂水310 K条件下进行10 ns的长程分子动力学模拟,通过考察塔区分子的总能量、均方根偏差(RMSD)与回旋半径(Rg)在MD过程中的动态转变过程,并重点分析了表位多肽之间在初始结构形成的四个有代表性氢键作用随时间的变化关系,对人腺病毒六邻体总表位构成进行分析,利用合成单独表位多肽偶联物与多表位混合多肽偶联物免疫动物获得抗血清,通过中和实验中和效价的比较对总表位构成作一步的分析与验证。
结果:一、利用同源建模的方法模建了人3型腺病毒六邻体完整三聚体的空间结构,通过分子力学与分子动力学优化,结构评估确认此模型为理论上的合理模型,可以用于后续的实验分析工作。二、基于结构的反向进化轨迹对这株腺病毒六邻体上主要型特异性B细胞中和表位进行预测,结果位于六邻体高变塔区上的五个表面环区多肽段( S1:135~146、S2:169~178、S3:237~251、S4:262~272。S5:420~434)为该病毒六邻体候选的主要型特异性B细胞中和表位。肽ELISA实验结果表明,五段合成的候选表位多肽偶联物与抗人3型腺病毒特异性血清有很高的亲和力,说明表位预测是正确的。对表位多肽进行MD模拟获得了表位多肽平衡时的构象,五个表位多肽都自身卷曲成环状。三、对在位限制塔区与自由单独塔区的MD模拟结果表明,塔区分子在整个模拟体系平衡状态的过程中,构象虽然达到平衡状态但并不稳定,不断地发生构象与构像之间的转变,四个代表性氢键在MD所有时间里几乎都消失了,合成表位多肽中和实验结果表明,每个抗单独表位抗体都具有一定的中和作用,但其保护效价低于天然的抗人3型腺病毒血清也低于多表位混合多肽偶联物的抗血清。
结论:本研究将分子模拟技术、生物信息学方法与生物学实验结合在一起来研究人腺病毒六邻体的结构、B细胞表位及其总表位构成。一、利用同源建模的方法建立了本实验室分离的人3型腺病毒六邻体的3D模型。二、建立了一种全新的基于结构和反向进化轨迹的表位预测方法,结合肽ELISA实验对人3型腺病毒六邻体塔区的五个主要型特异性B细胞表位作出预测与验证。三、六邻体塔区MD证明,构象型表位在六邻体分子的塔区不能稳定存在,五段主要型特异性B细胞中和表位以线性组合的形式构成了腺病毒六邻体的总表位。本研究对于建立人腺病毒快速诊断方法与诊断试剂、开发人腺病毒疫苗、研究抗人腺病毒药物以及六邻体免疫学机理等方面都具有重要的理论意义。