病毒样颗粒中衣壳粒分子能学分子动力学解析

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3、-泊松-玻尔兹曼方程-表面积计算（molecularmechanics-Poisson-Boltzmannsurfacearea，MM-PBSA）自由能分解，展示鼠多瘤病毒样颗粒自组装的初始阶段，考察此过程的能量变化，尤其关注衣壳粒的结合自由能以研究衣壳粒内VP1结合的调控因素，从而为自组装过程的控制和优化提供理论基础。本文首先根据自组装实验条件构建鼠多瘤病毒衣壳粒以及模拟体系的全原子模型，考虑纯水、稳定溶液、组装溶液、聚集溶液等四种溶液条件。然后，利用分子动力学模拟和MM-PBSA自由能分解方

4、法计算不同溶液条件下的总结合自由能，考察离子强度、二硫键以及抗原片段插入对衣壳粒稳定性的影响。最后，解析VP1结合的热点残基，阐释衣壳粒内VP1之间相互结合的分子机理。模拟结果表明，低离子强度和衣壳粒内二硫键对衣壳粒的稳定性起促进作用，而抗原片段插入则不利于衣壳粒的稳定。MM-PBSA自由能分解的结果表明，疏水相互作用对衣壳粒VP1之间的结合有利，而静电作用对其结合不利。确定不同溶液条件下衣壳粒单体VP1之间结合的关键残基，包括S132、L136、D137、H139、E138、D180、E225

5、、H228、E235、Y239、G246、T247、F255、N257和K307等。本文的研究结果初步展示病毒样颗粒的自组装微观过程，阐释病毒样颗粒结构蛋白的功能和相互作用，为病毒样颗粒疫苗设计以及自组装过程调控奠定了理论基础。关键词：病毒样颗粒；自组装；分子动力学模拟；结合自由能；关键残基ABSTRACTVirus-likeparticles(VLP)arehighlyorganizednanoparticlesformedbytheself-assemblyofenvelopeand/orc

6、apsidproteinsfrommanyvirus,whichhavegreatpotentialinvaccinology,genetherapy,drugdelivery,andmaterialsscience.However,theapplicationofVLPishinderedbyobstaclesintheirdesignandproductionduetolowefficiencyofself-assemblyanddifficultyinstructuralregulatio

7、n.Inthepresentstudy,moleculardynamics(MD)simulationswithall-atommodelsandthemolecularmechanics-Poisson-Boltzmannsurfacearea(MM-PBSA)methodareemployedtoinvestigatetheearlystagesoftheviralassemblyprocessandtoexploremolecularenergeticsinVLPself-assembly

8、.TheassociationfreeenergybetweenVP1moleculesandthekeyfactorsmediatingtheinteractionshavebeeninvestigatedforbetterregulationoftheself-assemblyprocess.Firstofall,theall-atommodelsofcapsomereofamurinepolyomavirus(MPV)VLPareconstructed.Fourdifferentsolut