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随着时代的发展,人类已经通过现代医学攻克了许多疾病,但当代人类健康依然面临许多重大疾病的威胁,例如传染病,癌症等。传染病是一种能够在人与人之间或人与动物之间通过病原体互相传播并广泛流行的疾病。全球非病毒性性传播传染病中传播最广泛的是阴道毛滴虫病,根据世界卫生组织报道每年约有1.7亿人感染阴道毛滴虫病。癌症是一种严重威胁当代人类健康的重大疾病,根据世界卫生组织报道2020年在全球范围内癌症造成约1000万人死亡。针对癌症的研究一直都是全球研究者们关注的重要热点之一,但随着人类寿命的增加与生活方式的改变,全球每年癌症发病率依然在逐步提高。本文利用分子动力学模拟方法,针对上述两种重大疾病中两类重要蛋白tvMyb和间变性淋巴瘤激酶ALK分别与配体的识别与结合进行系统的研究,主要结果如下:1.转录因子tvMyb2与ap65-1基因中MRE-2f基因片段结合与识别机制的分子动力学模拟研究阴道毛滴虫（Trichomonas Vaginalis）是一种具有鞭毛的厌氧性原生动物寄生虫,它是阴道滴虫病的病原体。阴道毛滴虫通常会寄生在女性阴道中,感染者通常伴有明显症状,感染后会增加不良妊娠结局风险,提高宫颈癌的发病率。阴道毛滴虫通过分泌一系列黏着蛋白来附着在阴道的上皮细胞完成寄生。黏着蛋白AP65-1对其寄生过程有着重要意义,该蛋白是由ap65-1基因转录而来。转录因子tvMyb2通过结合到ap65-1基因的MRE-2f与MRE-1两个不同的Myb识别元件（Myb Recognition Elements,MRE）调控转录过程。本章主要对转录因子tvMyb2与MRE-2f基因片段的结合过程进行研究。为了在原子层面上明确tvMyb2与MRE-2f基因片段之间结合与识别机制,本章采用分子动力学模拟结合MM-GBSA结合自由能计算方法,对tvMyb2及其突变体K51A、R84A和R87A分别与MRE-2f基因片段的相互作用细节进行了研究。本研究发现,DNA的引入会使得tvMyb2的R2与R3两个结构域的相对运动降低,构象灵活性下降。结合自由能计算结果表明,静电相互作用是tvMyb2与MRE-2f基因片段结合过程的主要驱动力。极性氨基酸残基（K49、K51、R84、K138与N139）可与MRE-2f基因片段形成特异性氢键,对二者的识别过程有重要贡献;极性氨基酸残基（K48、K49、K72、R87、Q85、R89、K91与R120）可与MRE-2f形成非特异性氢键,所构成的氢键网络对二者的稳定结合有积极贡献。转录因子tvMyb2及其突变体与MRE-2f基因片段的结合能力的差异主要源于极性相互作用,主要表现为突变体中氢键网络被局部破坏。该项工作在原子水平上获得了tvMyb2与MRE-2f基因片段结合的微观信息,对理解两者的结合与识别机制提供了有力的理论支撑。2.转录因子tvMyb2与ap65-1基因中MRE-1基因片段结合与识别机制的分子动力学模拟研究阴道毛滴虫的ap65-1基因中含有两个不连续的Myb识别元件（MRE）,分别为MRE-2f和MRE-1。MRE-2f与MRE-1穿插在ap65-1启动子区域的几个紧密相邻的DNA元件之中,共同调控着ap65-1基因的转录过程。本章中我们则主要对tvMyb2与ap65-1基因中另一个Myb识别元件MRE-1基因片段之间的结合过程进行研究。在本章工作中,我们采用分子动力学模拟结合MM-GBSA结合自由能计算的方法,深入研究了tvMyb2与MRE-1基因片段的作用细节。本研究发现,静电相互作用是tvMyb2与MRE-1基因片段结合过程的主要驱动力。极性氨基酸残基（K49、R84、K138与N139）可与MRE-1基因片段形成特异性氢键,对二者的识别过程有重要贡献;极性氨基酸残基（K51、Q85、R87、R89、Y93与R140）可与MRE-1形成非特异性氢键,所构成的氢键网络对二者的稳定结合有积极贡献。转录因子tvMyb2及其突变体与MRE-1的结合能力的差异主要源于极性相互作用,主要表现为突变体中氢键网络被局部破坏。tvMyb2与这两个Myb结合元件的结合模式的差异主要体现在氢键网络有所不同。其中K51残基在两者氢键网络差异中扮演了重要角色:在tvMyb2与MRE-2f的结合过程中,K51残基会形成特异性氢键K51-T（1’）,起到识别作用;在tvMyb2与MRE-1的结合过程中该特异性氢键消失,K51残基形成非特异性氢键K51-T（8）,帮助稳定复合物构象。该项工作在原子水平上获得了tvMyb2与MRE-1基因片段结合的微观信息,对理解两者的结合与识别机制提供了可靠的理论支撑。3.转录因子tvMyb3与ap65-1基因中MRE-1基因片段结合与识别机制的分子动力学模拟研究转录因子tvMyb3是阴道毛滴虫中与转录因子tvMyb2共同调节黏着蛋白65-1转录的一种Myb蛋白。tvMyb3蛋白有着一段独特的C末端结构,该结构包含一段β-发卡结构与DNA信号区域。本章中则主要对tvMyb3与ap65-1基因中MRE-1基因片段之间的结合过程进行研究。在本章工作中,我们采用分子动力学模拟结合MM-GBSA结合自由能计算的方法,深入研究了tvMyb2与MRE-1基因片段的作用细节。本研究发现tvMyb3蛋白与MRE-1基因片段通过一系列氢键与疏水作用相互识别与结合,与同家族中tvMyb蛋白相似的Myb结构域在识别与结合MRE-1基因片段中发挥着较为类似的作用。通过重建tvMyb3的C末端DNA信号区域,本研究发现该DNA结合信号区域会形成一段较为稳定的α螺旋结构H7,该螺旋对tvMyb3与MRE-1基因片段的结合过程起到重要作用。tvMyb3的C末端会与R3之间通过疏水相互作用形成稳定的β发卡结构,该结构为H7螺旋结合MRE-1基因片段提供了空间结构基础。tvMyb3的H6与C末端的R153等残基形成氢键、盐桥网络,该网络对稳定H6结合与识别MRE-1基因片段起到重要作用。该项工作在原子水平上获得了tvMyb3与MRE-1基因片段结合的微观信息,对理解两者的结合与识别机制提供了可靠的理论支撑。4.间变性淋巴瘤激酶与三种重要药物的结合与识别机制的分子动力学模拟研究间变性淋巴瘤激酶（Anaplastic Lymphoma Kinase,ALK）是一种受体酪氨酸激酶,其已被作为多种癌症的治疗靶标,包括非小细胞肺癌,神经母细胞瘤,乳腺癌等,现在已经有多种针对ALK蛋白的抑制剂通过美国食品药物管理局许可上市。虽然可用抑制剂数量众多,但各种抑制剂治疗效果因为获得性耐药突变的积累而下降明显。尽管现在已经有大量耐药性突变相关的实验数据报道,但耐药性突变的结构决定因素仍然缺少动态情况下分子层面的详细研究。在此,我们应用分子动力学模拟和微动弹性带动力学手段研究了野生型ALK蛋白和耐药突变体（G1123S,L1198F和G1202R）与三种已上市的重要抑制剂色瑞替尼（Ceritinib）、阿列替尼（Alectinib）和劳拉替尼（Lorlatinib）之间的相互作用,对三种耐药性突变在分子层面不同的耐药性机制进行了深入研究并加以比较,同时也对不同抑制剂针对特定耐药性突变的抗耐药性原理做出分子层面的解释。结果表明,G1123S突变体通过改变结合口袋形状,诱导色瑞替尼上异丙基基团离开原来的位置发生翻转,进而影响药物结合的稳定性,使得G1123S对色瑞替尼产生耐药性。L1198F突变体对3种抑制剂都有耐药性,这主要是L1198F突变造成1198号氨基酸的侧链变化,使得F1198较大的苯环侧链的占据了原本一个重要的药物识别空腔E0,从而降低了抑制剂对突变体的选择性。G1202R突变体建立了一系列的极性相互作用封闭了一部分ALK的结合口袋的入口,劳拉替尼可以诱导G1202R突变体的极性相互作用网络发生改变,从而在一定程度上突破G1202R突变体的封锁后结合并发挥抑制作用。该项工作在原子水平上获得了ALK与三种药物分子结合的微观信息,阐明了三种突变的耐药性产生分子机制,对理解ALK与药物分子之间的结合与识别机制提供了强有力的理论支撑,为ALK药物设计的新策略指明了方向并提供了重要理论指导。