本文關(guān)鍵詞： 液體核磁共振 順磁弛豫速率增強 α-突觸核蛋白 三價金屬離子 鹽效應(yīng) 擁擠環(huán)境　出處：《中國科學院研究生院(武漢物理與數(shù)學研究所)》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：本論文的主要研究對象為α突觸核蛋白,它的單體是天然的無結(jié)構(gòu)蛋白,其聚集體是帕金森癥的標志物——路易小體的主要成分,一直以來α突觸核蛋白的異常聚集和纖維化被認為是引起帕金森癥的主要原因之一,因而研究α-突觸核蛋白的結(jié)構(gòu)性質(zhì)及聚集機理具有深遠的意義。α-突觸核蛋白在溶液容易發(fā)生聚集,形成富含β折疊淀粉樣纖維體。該聚集機制十分復(fù)雜,目前仍沒有明確的理論進行解釋,一般認為a-突觸核蛋白的纖維化過程首先要由無結(jié)構(gòu)狀態(tài)經(jīng)歷部分折疊中間態(tài),再形成寡聚物,進而形成具有p折疊的纖維體。有研究表明α-突觸核蛋白的纖維化過程受環(huán)境因素影響很大,因此,研究不同環(huán)境下α-突觸核蛋白的初始結(jié)構(gòu)具有重要的意義。核磁共振技術(shù)所測定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)是眾多構(gòu)象在觀測時間上的平均,能在原子分辨率上觀測蛋白質(zhì)從皮秒到秒覆蓋幾十個量級時間尺度的動態(tài)變化過程,因而特別適合用來研究這種非單一柔性構(gòu)象的天然無折疊蛋白。本論文主要從以下三個方面著手,主要運用核磁共振的方法,研究了α突觸核蛋白在不同環(huán)境下的結(jié)構(gòu),并對其可能的纖維化機制進行合理的解釋。研究內(nèi)容一：α-突觸核蛋白與三價金屬離子的相互作用越來越多的研究表明體內(nèi)金屬離子的動態(tài)平衡和多種神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生有著非常密切的關(guān)系。流行病學以及帕金森病人黑質(zhì)中路易體組分的分析均表明重金屬可能涉及到帕金森的致病機理。已經(jīng)有研究表明α-突觸核蛋白與許多金屬離子在體外可以發(fā)生相互作用,然而絕大數(shù)是有關(guān)二價金屬離子對α-突觸核蛋白結(jié)構(gòu)和纖維化速率的影響。在本文中,我們主要使用核磁共振的方法研究了α突觸核蛋白與三價金屬離子,特別是鑭系金屬離子之間的相互位點和結(jié)合模式,并報道了一種新型的、未被報道的結(jié)合模式�；谙嗷プ饔眯畔�,我們提出了三價金屬離子加快α突觸核蛋白纖維化聚集的可能分子機制。研究內(nèi)容二：鹽效應(yīng)對α突觸核蛋白初始系綜構(gòu)象,纖維化路徑和動力學的影響有研究表明α-突觸核蛋白在不同濃度氯化鈉中形成的聚集體形態(tài)不同,而這兩種聚集體的生理特性和細胞毒性也不同。我們通過19F NMR方法發(fā)現(xiàn)α-突觸核蛋白在低鹽環(huán)境中呈現(xiàn)明顯的兩套譜峰,根據(jù)順磁弛豫速率增強技術(shù)(PRE)解析α-突觸核蛋白在高鹽和低鹽環(huán)境中的初始系綜構(gòu)象,結(jié)果表明α-突觸核蛋白在低鹽環(huán)境中采取更緊湊的系綜構(gòu)象,而在高鹽環(huán)境中采取更伸展的系綜構(gòu)象。19F NMR方法結(jié)合ThT熒光方法實時監(jiān)測了α-突觸核蛋白的纖維化過程,我們的研究首次發(fā)現(xiàn)α-突觸核蛋白在纖維化過程中優(yōu)先選擇緊湊的構(gòu)象。另外,通過主鏈15N縱向、橫向弛豫速率以及穩(wěn)態(tài)NOE實驗發(fā)現(xiàn)α突觸核蛋白初始系綜構(gòu)象跟其最終的聚集體的動力學特性有一定的相關(guān)性。研究內(nèi)容三：擁擠環(huán)境對α突觸核蛋白初始系綜構(gòu)象以及纖維化動力學的影響細胞內(nèi)的環(huán)境很復(fù)雜,存在大量的蛋白質(zhì)、核酸和多糖等各種分子,濃度高達300-400g/L,因此生物大分子是在一個高度擁擠的環(huán)境中行使其功能。隨著蛋白質(zhì)科學研究的不斷深入,研究工作者已經(jīng)意識到在生理環(huán)境或類生理環(huán)境中研究蛋白質(zhì)物理化學性質(zhì)的重要性。然而限制于實驗技術(shù)手段的原因,有關(guān)生理環(huán)境下無折疊蛋白的構(gòu)象以及與其結(jié)合(聚集)狀態(tài)時結(jié)構(gòu)及聚集的動力學過程的相關(guān)性研究仍然十分缺乏。本文中,我們研究了α-突觸核蛋白在不同濃度擁擠試劑Ficoll 70中的系綜構(gòu)象,并通過與其單體Sucrose中的系綜構(gòu)象進行比較,揭示大分子擁擠環(huán)境引起的體積排阻效應(yīng)并不是造成α-突觸核蛋白采取緊湊構(gòu)象的主要原因。結(jié)合結(jié)構(gòu)和動力學信息,我們還提出大分子擁擠環(huán)境加速α-突觸核蛋白纖維化速率的可能分子機制。綜上所述,本論文主要通過核磁共振方法研究α-突觸核蛋白在不同環(huán)境中的系綜構(gòu)象,從殘基水平上揭示不同因素影響其聚集的可能分子機制。我們希望隨著研究的不斷深入,能夠建立初始系綜構(gòu)象和最終纖維結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)性,為a-突觸核蛋白自組裝過程以及聚集體的細胞毒性提供更為詳盡地指導意見。
[Abstract]:The main research object of this paper is 偽 - synuclein . Its monomer is a natural nonstructural protein . The aggregation of 偽 - synuclein is one of the main causes of Parkinson ' s disease . In conclusion , this paper mainly studies the possible molecular mechanism of 偽 - synuclein in different environments by nuclear magnetic resonance method . In conclusion , this paper mainly studies the possible molecular mechanism of 偽 - synuclein in different environments by nuclear magnetic resonance method . We hope to provide more detailed guidance for the self - assembly process of a - synuclein and the cytotoxicity of aggregates as the research progresses .

【學位授予單位】：中國科學院研究生院(武漢物理與數(shù)學研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：Q61
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本文編號：1546649