金属离子对肿瘤抑制蛋白p53影响的分子模拟

王卫京，詹世平，丁仕强

（大连大学 环境与化学工程学院，辽宁 大连 116622）

0 引言

蛋白p53是一种肿瘤抑制蛋白，具有调控细胞周期，进行DNA修复等功能，还能够启动不能够修复细胞的凋亡过程，使细胞进入程序性死亡过程，阻止癌变细胞的产生。而p53突变导致肿瘤的产生，约一半的肿瘤中存在p53的突变。

人体内存在多种金属离子，这些金属离子对p53有不同的影响。薛永来等[1]用光谱法研究了9种金属离子与p53DNA结合结构域的相互作用，发现Ba2+，Ca2+，Co2+，Mn2+，Ni2+没有引起蛋白质二级结构变化，Zn2+，Mg2+和Fe3+会导致蛋白质结构细微调整，Cu2+的作用会导致蛋白螺旋结构大量丢失。陈洋[2]用原子力显微镜研究了不同浓度的镁离子对p53-DNA结合的影响，认为高浓度的镁离子可以促进p53蛋白的聚集和p53-DNA的自组装。王帅[3]研究了镁离子对p53PDB与靶基因相互作用的影响，发现镁离子是一个影响和调节p53转录激活活性的因子。丁超[4]利用分子对接技术，设计了以p53/MDM2PP3为靶点的联芳基乙烯骨架的新型分子，这些分子表现出了较好的抗癌活性。许先进[5]采用分子模拟的方法，用SMD技术在分子水平上揭示了抗癌多肽p28和癌症抑制因子p53复合物解离过程。本文利用分子模拟研究了Na+，K+，Ca2+，Mg2+，Zn2+离子对p53蛋白的作用。

1 分子模拟过程

本次模拟采用分子模拟软件NAMD2.12进行分子动力学计算，可视化软件VMD1.9.3进行建模和辅助显示，计算力场选用CHARMM力场。从蛋白质数据库（RCSB PDB）下载p53晶体结构文件（PDB序号：2OCJ），经过VMD提取得到该分子的单独结构，如图1所示。通过VMD软件将该蛋白质分子放入球状水体中，如图2所示，再分别加入浓度为 0.2 mM 的 NaCl，KCl，CaCl2，MgCl2，ZnCl2。构建好体系后用NAMD2.12进行动力学计算，计算温度为310 K。先对体系进行2 ps的能量最小化，再对体系进行100 ps的动力学计算。

图1 p53蛋白质结构

图2 放入蛋白质分子的球状水体

2 结果与讨论

通过分子动力学模拟，计算蛋白质分子的RMSD值，即均方根偏差。RMSD值是衡量分子在模拟过程中各原子运动幅度的一个值。RMSD值越大，表示分子在模拟过程中各原子的位置变化越剧烈，否则，各原子位置变化较小。

图3是分子模拟的计算结果。从图3中可以看出，加入Mg2+后，p53蛋白质的RMSD值要明显比加入Na+，K+，Ca2+，Zn2+离子的值要高。这表明在Mg2+的作用下，p53蛋白质中各原子的运动幅度要高于在其他离子作用下的运动幅度。也就是说，Mg2+引起蛋白质构象变化较大，而这种大的变化有可能导致p53蛋白的突变。

图3 不同离子作用下p53的RSMD值

图4、图5从不同角度显示了分子模拟过程中，Mg2+作用下p53蛋白质分子中各氨基酸残基的RMSD值分布情况，其中红色表示残基活动剧烈，蓝色表示运动幅度较小，而白色则介于二者之间。从图中可以看出，在Mg2+影响下，蛋白质分子有几处氨基酸残基运动幅度较大，特别是图4右方α螺旋附近区域，有氨基酸残基运动剧烈。该区域是p53蛋白的核心区域，负责与DNA的结合，其氨基酸残基运动幅度较大有可能增加p53蛋白质与DNA结合概率，但是过大的运动幅度则该区域构象有可能发生突变，使p53蛋白质失去与DNA结合的能力，丧失DNA修复等功能。

图4 氨基酸残基RMSD分布图

图5 氨基酸残基RMSD分布图

3 结论

本文研究了 Na+，K+，Ca2+，Mg2+，Zn2+离子对p53蛋白的影响。分子模拟结果显示，Mg2+离子较其他离子对p53有较大的影响，引起蛋白质构象变化较大。在p53蛋白的核心区域，残基的RMSD较大，表明Mg2+对该蛋白质核心区域影响较大，影响了其与DNA的结合能力，从而最终对p53的功能产生影响。