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专利号: 2023102808905
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于计算机模拟获取远端残基对新冠病毒S蛋白受体结合域变构调控的方法,其特征在于,包括:获取S蛋白不同状态下与抗体结合和未与抗体结合的结构;

将获取的结构分别构建成溶剂化模型;

对构建的溶剂化模型进行能量最小化、预平衡模拟和分子动力学模拟,获得溶剂化模型的结构模拟轨迹;对模拟轨迹稳定后的结构进行聚类,得到代表构象;

对获得的结构模拟轨迹和代表构象进行动态网络分析和二面角计算,得出结合抗体后结构域的变化趋势,获得蛋白质整体结构的变化特征;

基于蛋白质整体结构的变化特征,对抗原抗体结合界面进行结合自由能计算,并进行残基自由能分解,寻找抗原抗体结合中的关键作用位点以及潜在的对蛋白质结构的调控机制;

对蛋白质整体结构的变化特征进行tICA时滞性独立分量分析,描述对RBD的整体运动贡献大的关键残基,以此研究残基的调控机制。

2.根据权利要求1所述的基于计算机模拟获取远端残基对新冠病毒S蛋白受体结合域变构调控的方法,其特征在于,获取S蛋白不同状态下与抗体结合和未与抗体结合的结构,包括:获取S蛋白与抗体4A8的复合物结构,提取Up状态下未与抗体结合的结构A1与Up状态下与抗体结合的结构A2,Down状态下未与抗体结合的结构B1与Down状态下与抗体结合的结构B2;所述溶剂化模型包括A1、A2、B1、B2、以及溶质离子和溶剂。

3.根据权利要求1或2所述的基于计算机模拟获取远端残基对新冠病毒S蛋白受体结合域变构调控的方法,其特征在于,对构建的溶剂化模型进行能量最小化、预平衡模拟和分子动力学模拟,包括如下步骤:使用CHAMM‑GUI软件中的NAMD模拟模块,结合最速下降法和共轭梯度法对溶剂化模型进行能量最小化优化,获得能量优化后体系;

使用分子动力学模拟软件中的分子动力学模拟模块对获得的能量优化后体系进行预平衡模拟,获得预平衡体系;

在分子动力学模拟软件中的分子动力学模拟模块,对获得的预平衡体系进行分子动力学模拟,获得溶剂化模型的结构模拟轨迹。

4.根据权利要求3所述的基于计算机模拟获取远端残基对新冠病毒S蛋白受体结合域变构调控的方法,其特征在于,所述能量最小化优化包括采用CHARMM36m力场对蛋白质氢原子以及溶液离子、溶液分子的位置和结构进行优化。

5.根据权利要求3所述的基于计算机模拟获取远端残基对新冠病毒S蛋白受体结合域变构调控的方法,其特征在于,所述预平衡模拟采用NAMD进行1ns的预平衡模拟,预平衡模拟分4步进行,与303.15~330.5K的环境温度下逐步分开对蛋白质重原子的位置限制。

6.根据权利要求3所述的基于计算机模拟获取远端残基对新冠病毒S蛋白受体结合域变构调控的方法,其特征在于,所述分子动力学模拟使用热浴法将压强控制为1atm,温度控制采用Langevin法,环境设置为303.15~310.5K;使用SHAKE算法来约束所有含氢键的长度,设定范德华力和静电力的截断值为 非键相互作用的截断值设置为 蛋白质与盒子边距具有 缓冲区域,步长为2fs每步,对每个体系进行了300ns的模拟,所有模拟使用NAMD2.13软件来运行。

7.根据权利要求1或2所述的基于计算机模拟获取远端残基对新冠病毒S蛋白受体结合域变构调控的方法,其特征在于:所述动态网络分析的步骤包括,结合VMD程序中的Dynamic network analysis模块对获得的结构模拟轨迹和代表构象进行动态网络分析,分析不同体系的整体结构的运动情况,得到宏观视角下不同体系之间结构域的运动差异;

所述二面角计算的步骤包括,对获得的结构模拟轨迹和代表构象分别进行NTD与RBD之间的二面角计算,得到不同体系二面角的数据,得到具体结构域的运动差异,以及不同状态下NTD与4A8结合后的结构变化趋势。

8.根据权利要求1或2所述的基于计算机模拟获取远端残基对新冠病毒S蛋白受体结合域变构调控的方法,其特征在于,所述结合自由能计算的步骤包括,对使用分子动力学模拟软件中的结合自由能计算方法对蛋白质整体结构的变化特征中的A2、B2进行结合自由能计算,并进行残基自由能分解,寻找抗原抗体结合中的关键作用位点。

9.根据权利要求1或2所述的基于计算机模拟获取远端残基对新冠病毒S蛋白受体结合域变构调控的方法,其特征在于,所述tICA分析的步骤包括,对蛋白质整体结构的变化特征进行时滞性独立分量分析tICA,描述RBD的整体运动特征,并寻找关键残基;具体步骤为:计算最主要的两个分量tIC中所有残基的 和ψ主干扭转角的正弦和余弦的皮尔逊相关系数,并对每个残基中的每个扭转角定义一个称为“相关分数CS”的指标,指标值计算如下CS(θ)=|C(cos(θ),IC1)|+|C(sin(θ),IC1)|+|C(cos(θ),IC2)|+|C(sin(θ),IC2)|

其中,θ是残基主干扭转角 和ψ的角度、IC1和IC2分别是包含tIC1和tIC2的时间序列的向量,C(x,y)是数据集x和y的皮尔逊相关系数;

根据连续残基对的CS分数结果选择确定在NTD与抗体结合中发挥更大调控RBD结构变化作用的残基。

10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至9任一项所述的基于计算机模拟获取远端残基对新冠病毒S蛋白受体结合域变构调控的方法的步骤。