雷曉彤，金怡卿，孟烜宇

（蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院,定量生物與醫(yī)學(xué)研究中心,放射醫(yī)學(xué)與輻射防護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇省高校放射醫(yī)學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心,蘇州 215123）

鉀通道屬于一類跨膜蛋白，在細(xì)胞膜上形成孔結(jié)構(gòu)，控制細(xì)胞內(nèi)外的鉀離子傳輸.不同種類的鉀通道在人體不同組織中分布廣泛，與各種生理功能息息相關(guān)［1～3］.鉀通道的活性受到嚴(yán)格的調(diào)節(jié)，異常的通道活性與一系列疾病有關(guān)，如心血管疾病、癌癥、癲癇及抑郁癥等［4～9］.因此鉀通道是藥物研究的重要靶標(biāo)之一［10～13］.

鉀通道根據(jù)跨膜區(qū)域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的區(qū)別，可以分成3類：具有兩個(gè)跨膜片段和一個(gè)孔道結(jié)構(gòu)域的內(nèi)向整流鉀通道（Kir）［14］，由6個(gè)跨膜片段和一個(gè)孔道結(jié)構(gòu)域組成的電壓門控鉀通道（Kv）［15］以及包括4個(gè)跨膜片段和兩個(gè)孔道的雙孔鉀通道（K2P）［16］.K2P通道是二聚體結(jié)構(gòu)，每個(gè)亞基有4個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域M1～M4，兩個(gè)孔結(jié)構(gòu)域P1和P2以及位于胞內(nèi)的N端和C端［17］（圖1）.迄今為止，已發(fā)現(xiàn)有15個(gè)K2P通道成員，分屬6個(gè)亞家族，即弱內(nèi)向整流串聯(lián)孔域鉀通道（TWIK）、串聯(lián)孔域氟烷抑制鉀通道（THIK）、與TWIK相關(guān)鉀通道（TREK）、TWIK相關(guān)的花生四烯酸敏感鉀通道（TRAAK）、與TWIK相關(guān)酸敏感鉀通道（TASK）、TWIK相關(guān)堿性激活鉀通道（TALK）以及與TWIK相關(guān)的脊髓鉀通道（TRESK）［18，19］.

Fig.1 Structure of channel protein TREK-1The structure of TREK-1 is shown in ribbons with chains A and B in red and blue,respectively.Key structural elements are marked in the figure.

哺乳動物K2P2.1通道（TREK-1，或稱為KCNK2）廣泛分布于神經(jīng)系統(tǒng)和心臟中，在神經(jīng)保護(hù)、麻醉、痛感和抑郁等方面的細(xì)胞機(jī)制中起關(guān)鍵作用［19～21］，是兩孔結(jié)構(gòu)的鉀通道類別的重要成員.TREK-1可在靜息電位時(shí)處于開放態(tài)，因此被稱為背景鉀通道或漏流鉀通道.其活性受磷脂、花生四烯酸、神經(jīng)遞質(zhì)、胞內(nèi)pH值、機(jī)械拉伸和溫度等多種因素的調(diào)節(jié)［22］，許多臨床藥物也會影響TREK-1通道的活性，如抗精神病藥氯丙嗪［23］和抗抑郁藥氟西?。?4］.

磷脂酰肌醇4，5-二磷酸酯（PIP2）是分布在細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)層中的信號脂質(zhì)分子，僅在膜的內(nèi)層分布，約占細(xì)胞膜總磷脂含量的1%，但行使的生物學(xué)功能卻十分復(fù)雜［25，26］.除了公認(rèn)的PIP2的水解產(chǎn)物發(fā)揮的雙信使作用之外［27～29］，PIP2還與多種離子通道、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等相互作用，并調(diào)節(jié)這些蛋白的功能.PIP2與鉀通道相互作用的研究是探索離子通道門控機(jī)制的重要研究內(nèi)容之一［30～36］.如PIP2為Kir通道的重要激動劑［37，38］；PIP2控制三磷酸腺苷敏感性鉀通道（KATP）的ATP敏感性并促進(jìn)通道開放［39］；PIP2還參與調(diào)節(jié)Kv通道功能等［40］.

PIP2可調(diào)節(jié)TREK-1通道的活性［41～43］.電生理實(shí)驗(yàn)表明，PIP2對TREK-1通道具有濃度依賴的雙向調(diào)節(jié)作用：PIP2高濃度對通道起抑制作用，PIP2降低部分濃度后激活通道，PIP2濃度耗盡后抑制通道［44］；TREK-1通道的羧基末端結(jié)構(gòu)域（即M4螺旋的碳末端）對通道與PIP2的相互作用有重要影響.TREK-1晶體結(jié)構(gòu)的解出為在分子層面上研究TREK通道與PIP2的相互作用提供了條件.本文將主要基于分子對接（Docking）和分子動力學(xué)（Molecular dynamics，MD）模擬對PIP2在TREK-1通道上的可能結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測，并探索了TREK-1與PIP2結(jié)合的分子特征.

1 計(jì)算方法

1.1 分子對接

使用分子對接程序AutoDock 4［45］將PIP2對接到TREK-1通道蛋白（PDB ID：6CQ6）［46］的晶體結(jié)構(gòu)中.由于PIP2分子的兩條脂肪長鏈具有較多的自由度，給柔性對接帶來困難，因此在對接中將其替換為類似物diC1，其用兩個(gè)甲基分別取代PIP2的兩個(gè)末端脂肪鏈（圖2）.我們曾用同樣的策略研究了PIP2與Kir，小電導(dǎo)鈣激活鉀通道（SK）等通道的相互作用［47，48］.對接中，使用C，H，N，O，P元素在均勻的網(wǎng)格上采樣得到TREK-1通道蛋白的網(wǎng)格電勢圖，網(wǎng)格包含49×107×41個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)間相距0.0375 nm，中心坐標(biāo)設(shè)為（43.588，17.002，-8.652）.選擇Lamarckian遺傳算法生成配體與蛋白的結(jié)合構(gòu)象.將TREK-1中亞基B上的K45，R207，R297，K301，K302和K304的側(cè)鏈設(shè)為柔性.進(jìn)行了100次對接模擬，此后根據(jù)diC1與TREK-1對接的結(jié)合能以及diC1與膜的相對空間取向選擇可能的復(fù)合物構(gòu)象.

1.2 分子動力學(xué)模擬

首先，將對接得到的diC1構(gòu)象加上兩條脂肪鏈，恢復(fù)完整的PIP2結(jié)構(gòu)，并用CHARMM力場進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到PIP2與TREK-1復(fù)合物結(jié)構(gòu).將復(fù)合物嵌入1-棕櫚酰-2-油酰-卵磷脂（POPC）磷脂膜，膜的尺寸為10.0 nm×10.0 nm.將通道蛋白、小分子和膜溶解在10.0 nm×10.0 nm×15.0 nm的水盒子中，添加0.15 mol/L KCl溶液以模擬生理鹽水，并使模擬系統(tǒng)總電荷為零，由CHARMM-GUI［49］完成.另外建立了對照組，只包括通道蛋白與POPC膜，去除PIP2，其余條件均相同.

采用GROMACS軟件包［50］進(jìn)行MD模擬.使用VMD軟件［51］可視化模擬結(jié)果.TREK-1和PIP2使用CHARMM36力場［52］，溶劑水分子使用TIP3P水模型［53］.使用V-rescale算法將溫度保持在298 K［54］.在所有方向上應(yīng)用周期性邊界條件.使用PME方法處理長程靜電相互作用，并以1.2 nm的截?cái)嗑嚯x計(jì)算范德華相互作用［55，56］.使用LINCS算法保持水分子鍵長.模擬中，步長為2.0 fs，每2 ps保存一次數(shù)據(jù).每個(gè)體系進(jìn)行30 ns的模擬，以充分優(yōu)化復(fù)合物的結(jié)構(gòu).

Fig.2 Structures of PIP2 and diC1The structures of PIP2 and its analog diC1 used in molecular docking，with carbon in golden，phosphorus in orange，oxygen in red，and hydrogen in white（only polarized hydrogen atoms are shown）.

1.3 均力勢計(jì)算

均力勢（PMF）計(jì)算使用傘型抽樣［57～59］方法，沿膜的法線方向（-z方向，圖1）拉動PIP2，由此計(jì)算PIP2和TREK-1通道結(jié)合的PMF值.PIP2到通道蛋白的距離（d）用諧波力（F）限制在參考距離（d0）：F=k×（d-d0），其中力常數(shù)k=2000 kJ·mol-1·nm-2.采樣窗口間隔為0.1 nm，拉伸距離是1.5 nm，一共設(shè)置了15個(gè)采樣窗口.平衡后每個(gè)窗口進(jìn)行3 ns模擬.PMF曲線用g_wham工具獲得［60～62］，由此得到兩個(gè)可能的結(jié)合位點(diǎn)上PIP2與通道蛋白TREK-1的自由能曲線并進(jìn)行比較.

2 結(jié)果與討論

2.1 對接結(jié)果

PIP2的肌醇頭部有兩個(gè)磷酸根，在生理pH下通常帶有3～4個(gè)負(fù)電荷［63］，能與受體蛋白形成靜電吸引.之前對PIP2與內(nèi)向整流型鉀通道和電壓門控鉀通道相互作用的研究也表明，PIP2結(jié)合在這些通道的正電富集的區(qū)域，與通道上的數(shù)個(gè)堿性殘基形成穩(wěn)定的鹽橋［47，64］.因此，計(jì)算了TREK-1通道的表面靜電勢（圖3）.在TREK-1的位于膜內(nèi)側(cè)的膜水交界處存在正電區(qū)域，一方面，膜內(nèi)側(cè)的膜水交界處的位置為PIP2肌醇頭部能夠直接接觸的蛋白位置；另一方面，這個(gè)區(qū)域包含有堿性殘基K45，R207，R297，K301，K303，K304及R311等，具有與PIP2頭部磷酸根形成鹽橋的可能性，因而這些正電區(qū)域是潛在的PIP2的結(jié)合位點(diǎn).

Fig.3 Electrostatic surface of TREK-1 calculated using APBS method

TREK-1通道由兩個(gè)同源亞基A和B構(gòu)成，沿膜結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)較為完整的亞基B與diC1進(jìn)行對接.對接共進(jìn)行100次模擬，產(chǎn)生100個(gè)構(gòu)象，統(tǒng)計(jì)這100個(gè)構(gòu)象中diC1在TREK-1的分布情況，取diC1小分子每個(gè)構(gòu)象的P1原子的位置信息，獲得diC1與TREK-1結(jié)合的簇（圖4）.可見，對接的diC1主要集中在通道的兩個(gè)區(qū)域，位點(diǎn)A：位于亞基B的M4螺旋與M1螺旋之間（紅點(diǎn)標(biāo)示）；位點(diǎn)B：位于B鏈M4螺旋與M3螺旋之間（綠點(diǎn)標(biāo)示）.的法線方向，即z方向，具有二重對稱性，選擇晶體

Fig.4 One hundred sampled positions of PIP2 onto the TREK-1 channelP1 atomic coordinate of PIP2 in each sampled conformation is marked with spot.A sampled position in the A site where is between the M1 and M4 helices is indicated by a red spot；A sampled position in the B site where is between the M3 and M4 helix is indicated by a green spot.

這兩個(gè)位點(diǎn)都包含數(shù)個(gè)能與diC1的頭部磷酸根成靜電吸引的正電殘基，從而穩(wěn)定diC1與通道的相互作用.根據(jù)計(jì)算出的diC1與通道蛋白的結(jié)合能，以及其在這兩個(gè)位點(diǎn)的空間位置選擇可能的構(gòu)象.從位點(diǎn)A的數(shù)個(gè)對接構(gòu)象中選擇第36個(gè)構(gòu)象，Autodock估算的結(jié)合能為-53.33 kJ/mol［圖S1（A），見本文支持信息］.這個(gè)構(gòu)象中，diC1的P1原子鍵連的O原子與TREK-1通道B鏈的M4螺旋上的K304形成鹽橋，P4鍵連的O原子會與同樣位于M4螺旋上的R297和K301形成鹽橋，P5鍵連的O原子與M1螺旋上的K45形成鹽橋.

位點(diǎn)B的對接構(gòu)象中選擇了第80個(gè)構(gòu)象，Autodock估算的結(jié)合能為-33.40 kJ/mol［圖S1（B）］.這個(gè)構(gòu)象中，diC1的P1鍵連的O原子會與TREK-1通道B鏈的M4螺旋上的K302成鹽橋，P4鍵連的O原子和P5鍵連的O原子與M3螺旋上的R207殘基接觸.對位點(diǎn)A和位點(diǎn)B的兩個(gè)構(gòu)象的diC1加入兩條脂肪鏈，形成完整的PIP2分子，再經(jīng)過能量最小化，獲得進(jìn)一步MD模擬的構(gòu)象.

2.2 分子動力學(xué)模擬結(jié)果

分別對從對接結(jié)果中選擇出來的兩個(gè)位點(diǎn)的構(gòu)象進(jìn)行全原子MD模擬.MD模擬可以充分考慮受體和配體的柔性，進(jìn)一步優(yōu)化構(gòu)象，探究兩個(gè)可能結(jié)合位點(diǎn)上PIP2與TREK-1通道相互作用的具體情況.圖S2（見本文支持信息）為使用CHARMM-GUI生成的模擬體系.分別模擬了兩組PIP2位于位點(diǎn)A（Site A）上（A1，A2），兩組PIP2位于位點(diǎn)B（Site B）上（B1，B2）以及只含有通道不含PIP2的對照組（Control）.每個(gè)體系在1 ns的系統(tǒng)平衡之后均進(jìn)行30 ns的正式模擬（Production run）.

2.2.1 位點(diǎn)A構(gòu)象與TREK-1通道蛋白的相互作用 位點(diǎn)A中，PIP2位于TREK-1通道B鏈的M4螺旋與M1螺旋之間的空隙中.經(jīng)過30 ns的模擬，PIP2基本穩(wěn)定在這個(gè)位點(diǎn).取A1組作為代表軌跡進(jìn)行分析，TREK-1通道的均方根誤差（RMSD）在10 ns之后穩(wěn)定在0.4 nm左右（圖S3，見本文支持信息）.與初始構(gòu)象［圖5（A）］相比，從模擬軌跡的最終構(gòu)象［圖5（B）］可見，PIP2向通道B鏈M4螺旋的碳末端稍稍移動.以PIP2的初始位置和構(gòu)象（即對接的構(gòu)象）為參考結(jié)構(gòu)，計(jì)算30 ns軌跡中PIP2整個(gè)分子的RMSD［圖S4（A），見本文支持信息］，在模擬16 ns后，整個(gè)分子的RMSD穩(wěn)定在了0.7 nm左右.因此，相較于初始位置，在一段時(shí)間的MD之后，PIP2發(fā)生了一些位移.考慮到PIP2頭部對與通道結(jié)合的重要性和敏感性，還計(jì)算了PIP2頭部的RMSD，同樣參考頭部的初始位置，計(jì)算結(jié)果和整個(gè)分子的RMSD變化呈現(xiàn)相同趨勢，在16 ns之后穩(wěn)定在0.8 nm左右［圖S4（B）］.

Fig.5 Initial conformation in the MD simulation at the A site(A)and the final conformation after 30 ns simulations(B)

圖5 （B）給出了經(jīng)過MD模擬后PIP2和TREK-1具體的相互作用情況.粗棒顯示出與PIP2距離0.5 nm之內(nèi)的TREK-1上的氨基酸殘基.PIP2的P1原子分別與M4螺旋的K304和M1螺旋的K45結(jié)合，P4原子與M4螺旋的R311接觸，P5原子分別與M4螺旋的R311和M1螺旋的K45緊密結(jié)合.與初始對接的P1-K304，P4-R297/K301，P5-K45有所區(qū)別.PIP2失去了與M4的R297和K301的鹽橋，同時(shí)形成了在M4上的與R311的鹽橋.R297和K301側(cè)鏈位于同一螺旋的一側(cè)，在對接中將其設(shè)為柔性以便與diC1產(chǎn)生相互作用；在MD中，考慮到靜電排斥，這兩個(gè)末端帶有正電的側(cè)鏈從同一側(cè)同時(shí)與PIP2相互作用可能并不穩(wěn)定，最終兩個(gè)側(cè)鏈改變了方向不再與PIP2相互作用.PIP2轉(zhuǎn)而與位于M4靠近碳端的R311建立鹽橋.考慮到鹽橋?qū)Ψ€(wěn)定PIP2與通道結(jié)合的重要性，計(jì)算了整個(gè)MD軌跡中PIP2分別與K45，R297，K301，K304，R311最短距離的變化情況.如圖S5（A）（本文支持信息）所示，在MD最后一幀的構(gòu)象中PIP2與K45，K304和R311形成的鹽橋在軌跡中均穩(wěn)定存在.

除了鹽橋相互作用，0.5 nm之內(nèi)與PIP2頭部有接觸的殘基有T303和V307，均位于M4螺旋.由此可見，帶有凈負(fù)電荷的PIP2與通道蛋白的正電殘基之間的靜電相互作用起到了穩(wěn)定兩者結(jié)合的主要作用.另外，在模擬過程中，PIP2的兩條脂質(zhì)鏈不斷運(yùn)動以尋找更好的伸展方式，與TREK-1通道跨膜段上的部分疏水氨基酸形成相互作用，如L52，V53，V55，L56及I60等，這些氨基酸都是位于通道B鏈的M1螺旋上，以疏水相互作用穩(wěn)定PIP2與TREK-1通道蛋白的結(jié)合.總之，在整個(gè)模擬過程中，PIP2在TREK-1通道的A位點(diǎn)發(fā)生了小的位移，但并未脫離位點(diǎn)，PIP2結(jié)合在此位置具有可能性.A2組也取最后一幀進(jìn)行構(gòu)象分析，如圖S6（A）（本文支持信息）所示，結(jié)合模式與A1組相似.

基于模擬16 ns后的動力學(xué)軌跡計(jì)算PIP2與TREK-1通道的相互作用能.總的相互作用能為（-616.80±96.71）kJ/mol，其中靜電相互作用能為（-544.36±91.61）kJ/mol，范德華相互作用能為（-72.44±20.62）kJ/mol.靜電相互作用能占據(jù)明顯優(yōu)勢，再次說明PIP2的頭部基團(tuán)與TREK-1蛋白的正電殘基的相互作用對穩(wěn)定整個(gè)復(fù)合體構(gòu)象具有重要作用.

2.2.2 位點(diǎn)B構(gòu)象與TREK-1通道蛋白的相互作用 對位點(diǎn)B進(jìn)行了與位點(diǎn)A相同的MD模擬，觀察PIP2與通道在此位點(diǎn)的相互作用情況.兩組軌跡B1和B2的最后構(gòu)象基本一致［圖6（B）和圖S6（B）］，以B1作為代表軌跡進(jìn)行分析.PIP2位于通道B鏈的M3與M4螺旋之間，經(jīng)過30 ns模擬后，通道的RMSD穩(wěn)定在0.3 nm左右（圖S3）.模擬剛開始時(shí)，PIP2在空間上偏向M3螺旋，如P4，P5原子都與M3螺旋的R207接觸；隨著模擬時(shí)間的進(jìn)行，相比初始構(gòu)象［圖6（A）］，整個(gè)PIP2分子逐漸地靠近M4螺旋，但仍然與M3有直接相互作用，整體位置保持在位點(diǎn)B之中.從PIP2的RMSD可見，同樣參考PIP2的初始位置和構(gòu)象，模擬16 ns后整個(gè)分子的RMSD穩(wěn)定在0.5 nm左右［圖S4（A）］；PIP2頭部的RMSD也在模擬16 ns后保持在0.5 nm左右［圖S4（B）］.比位點(diǎn)A的PIP2的RMSD小0.2～0.3 nm，位點(diǎn)B中的PIP2在MD過程中位移更小.

從圖6（B）可見，模擬最終構(gòu)象的M3和M4螺旋上的一些殘基與PIP2均有接觸.并統(tǒng)計(jì)了距離PIP2分子0.5 nm之內(nèi)的通道蛋白的氨基酸.其中，PIP2的P1原子與M4螺旋的K302接觸，P4原子與M4螺旋的R297形成鹽橋，P5原子與M3螺旋的R207形成鹽橋.與對接得到的鹽橋作用網(wǎng)絡(luò)有細(xì)微差別：在MD之后，P4失去原先與M3上的R207的鹽橋，轉(zhuǎn)而與M4上的R297形成鹽橋.計(jì)算了PIP2與R207，R297，K302在整個(gè)軌跡中最短距離的變化情況［圖S5（B）］，R297在模擬23 ns后與PIP2形成鹽橋，R207和K302與PIP2的鹽橋在整個(gè)軌跡中都很穩(wěn)定.除堿性殘基外，一部分非極性氨基酸，如A鏈的F158，I160，I161，L165，B鏈的V64，I292，W295，V298，I299等，與PIP2的兩條脂肪鏈產(chǎn)生疏水作用，穩(wěn)定了兩者的結(jié)合.

Fig.6 Initial conformation in the MD simulation at the B site(A)and the final conformation after 30 ns simulations(B)

基于模擬16 ns后的動力學(xué)軌跡計(jì)算PIP2與TREK-1通道的相互作用能.總的相互作用能為（-628.73±49.16）kJ/mol，其中靜電相互作用能為（-477.64±61.50）kJ/mol，范德華相互作用能為（-151.09±21.01）kJ/mol.與位點(diǎn)A的情形類似，靜電相互作用能占據(jù)明顯優(yōu)勢.PIP2在兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)的總相互作用能處于同一個(gè)水平；位點(diǎn)A中PIP2與通道蛋白的靜電作用能大于位點(diǎn)B（部分由于A中更多的鹽橋作用）；而位點(diǎn)B中PIP2與通道的范德華相互作用能大于位點(diǎn)A（涉及B中更多的PIP2脂肪鏈與跨膜螺旋的疏水作用）.

從PIP2在A和B兩個(gè)位點(diǎn)的結(jié)合結(jié)果可見，位點(diǎn)A經(jīng)過MD模擬后與PIP2形成穩(wěn)定鹽橋的正電殘基有M1：K45，M4：K304/R311；B位點(diǎn)與PIP2形成穩(wěn)定鹽橋的正電殘基有M3：R207，M4：R297/K302.兩個(gè)位點(diǎn)中，富含正電殘基的M4螺旋都貢獻(xiàn)了穩(wěn)定鹽橋.Chemin等［41］認(rèn)為M4螺旋上的5個(gè)正電殘基與PIP2對通道的正向激活作用有關(guān)；這5個(gè)正電殘基分別對應(yīng)本結(jié)構(gòu)中的R297，K301，K302，K304和R311.與預(yù)測結(jié)果相符：K304和R311在位點(diǎn)A中與PIP2形成鹽橋；而R297和K302在位點(diǎn)B中與PIP2形成鹽橋.此外，PIP2與TREK-1的相互作用較為復(fù)雜.PIP2低濃度時(shí)激活通道而高濃度時(shí)抑制通道活性［44］.Woo等［18］的研究表明，M4螺旋的位于5個(gè)正電殘基下游的3個(gè)連續(xù)精氨酸與PIP2對通道的抑制作用有關(guān).由于這一部分的結(jié)構(gòu)在TREK-1的晶體結(jié)構(gòu)中缺失，并未包含PIP2抑制通道的結(jié)合位點(diǎn).

2.2.3 均力勢計(jì)算 選取模擬體系30 ns的最終構(gòu)象，沿膜的法線方向（-z方向，圖1）向外拉PIP2，以傘狀采樣方法計(jì)算PMF，分別估算PIP2在兩個(gè)位點(diǎn)與TREK-1的結(jié)合自由能，結(jié)果如圖7所示.可見，A位點(diǎn)的結(jié)合自由能為-165.16 kJ/mol；B位點(diǎn)的自由能為-41.02 kJ/mol.兩個(gè)位點(diǎn)PIP2的結(jié)合自由能具有顯著差異.由PMF計(jì)算的結(jié)合自由能與由Autodock打分函數(shù)給出的初始構(gòu)象的結(jié)合自由能大小一致.從能量角度來說，兩個(gè)位點(diǎn)結(jié)合PIP2能力有差別，PIP2更傾向與TREK-1通道蛋白上的A位點(diǎn)結(jié)合.

Fig.7 PMF values of the two binding sites calculated by the umbrella sampling method

3 結(jié) 論

利用分子對接和分子動力學(xué)模擬（MD）方法研究了磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（PIP2）在雙孔鉀通道TREK-1上可能的結(jié)合位點(diǎn)和相互作用.Autodock對接結(jié)果顯示，PIP2在TREK-1通道上的結(jié)合位點(diǎn)可能有兩處：（1）B鏈M4螺旋與M1螺旋之間（位點(diǎn)A）；（2）B鏈M4螺旋與M3螺旋之間（位點(diǎn)B）.在可能的兩種結(jié)合位點(diǎn)上分別選取了代表構(gòu)象，并進(jìn)行MD模擬.MD模擬能夠充分考慮受體-配體的柔性，從而優(yōu)化對接構(gòu)象.在30 ns的模擬時(shí)間內(nèi)，PIP2在兩個(gè)位點(diǎn)中均未脫離位點(diǎn)，在位點(diǎn)內(nèi)有一定程度的位移和構(gòu)象變化.經(jīng)過MD模擬后，位點(diǎn)A中與PIP2形成穩(wěn)定鹽橋的正電殘基有M1：K45，M4：K304/R311；B位點(diǎn)中與PIP2形成穩(wěn)定鹽橋的正電殘基有M3：R207，M4：R297/K302.兩個(gè)位點(diǎn)中，富含正電殘基的M4螺旋都貢獻(xiàn)了穩(wěn)定鹽橋.從結(jié)構(gòu)上來說，M4螺旋的兩側(cè)都有空間可以容納PIP2.M4與一側(cè)的M1共同構(gòu)成位點(diǎn)A，與另一側(cè)的M3共同構(gòu)成位點(diǎn)B.PMF計(jì)算顯示，PIP2在位點(diǎn)A與TREK-1的結(jié)合自由能高于在位點(diǎn)B.從能量角度來說，PIP2將優(yōu)先在位點(diǎn)A與TREK-1結(jié)合.

支持信息見http：//www.cjcu.jlu.edu.cn/CN/10.7503/cjcu20210106.