采用分子动力学模拟方法探究VWF-A2结构域的力学稳定性

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心血管疾病目前已经成为威胁人类生命健康的疾病之一。生理性止血与病理性血栓形成是心血管疾病涉及的关键环节。血管性血友病因子VWF在上述环节中扮演重要角色。当血管破损时,VWF可以介导血小板粘附、聚集以及交叉耦合,从而实现止血。VWF多聚体的止血潜能取决于其尺寸大小,新分泌的VWF往往以超大的多聚体形式存在,其止血潜能也最大。金属蛋白裂解酶ADAMTS13可以通过酶切VWF-A2结构域中包埋的肽键(TYR1605-MET1606)调控VWF多聚体的止血潜能。VWF-A2结构域发生解折叠暴露出酶切位点,是上述酶切过程进行的前提步骤,研究表明流体剪切力可以调控该酶切过程。本研究选取四种VWF-A2分子作为研究对象:不包含Ca2+和结合了Ca2+的VWF-A2结构域的晶体结构从蛋白质数据库下载,分别记为A2和A2/Ca2+,PDB代码分别为3GXB和3ZQK,两种2A型VWD突变体R1597W分别基于A2和A2/Ca2+的晶体结构计算机突变得到,记为R1597W-A2和R1597W-A2/Ca2+。采用恒力拉伸分子动力学模拟方法,比较分析四种VWF-A2分子动态平衡过程中的构象变化、拉力诱导下的解折叠路径差异以及酶切位点的暴露程度,以期探究Ca2+和突变体R1597W对VWF-A2结构域力学稳定性的影响。晶体学数据和动态平衡结果显示,Ca2+和突变体R1597W均未对VWF-A2结构域的整体构象产生较大影响,但是分别导致α3β4环链局部柔性降低和增强。恒力拉伸分子动力学模拟数据显示,力可诱导VWF-A2结构域中酶切位点的暴露;Ca2+通过稳定A2的疏水核心结构,提高其力学稳定性,阻碍酶切位点的暴露;突变体R1597W一定程度地降低A2的力学稳定性,加速其前期解折叠进程和酶切位点暴露进程,但是解折叠进行到中后期时高柔性的α3β4环链增强了其周围区域的运动,减缓了解折叠进程,最终影响酶切位点的完全暴露。我们的研究表明,力可诱导VWF-A2结构域中β5片层的解折叠,促使酶切位点暴露,Ca2+的结合通过稳定疏水核心结构,提升VWF-A2结构域的力学稳定性,阻碍酶切位点的暴露,降低ADAMTS13的酶切效率。与之相反,突变体R1597W可一定程度地降低VWF-A2结构域的力学稳定性,加速酶切位点的暴露进程,增强ADAMTS13的酶切效率。α3β4环链是VWF-A2结构域的力学稳定性调控过程中的核心元素。我们的研究有助于加深对ADAMTS13酶切VWF-A2结构域进而调控VWF止血潜能的理解,并为相关抗血栓药物设计提供指导。
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