肌球蛋白VI特殊运动模式的结构基础与物理机制研究

肌球蛋白VI在肌球蛋白家族中具有非常独特的运动特性，使其成为实验研究者的重要研究对象。目前，肌球蛋白VI的运动图像已经基本得到刻画，但是关于其运动和调控机制的理论问题尚未解决。本研究拟针对肌球蛋白VI的马达结构域、Unique insert、近端尾部等几个重要结构域进行系统的分子结构和分子动力学分析。结合多层次的动力学模型和动力学分析方法，探索肌球蛋白VI分子特殊运动模式的结构基础和相互作用基础，刻画其动力学行为和热力学性质，描述其生理功能调控的物理机制。对肌球蛋白VI的分子动力学研究有助于理解整个肌球蛋白家族的结构和功能的关系，为利用和改造这一天然的纳米分子马达提供重要的理论基础。

生物大分子是生命系统功能的主要执行者，也蕴含着丰富的科学问题。蛋白质的氨基酸序列通过特异性的相互作用形成特定的空间结构，实现其多样性的生物学功能；其中有相当一部分蛋白质具备DNA结合的能力，调控着其它蛋白质的表达，构成动态而稳定的生物分子网络，展现生命系统层面的复杂规律。本项目以肌球蛋白VI的结构和功能间的关系为切入点，围绕生物大分子的构效关系以及生物大分子网络中的理论问题，开展了多个层次的生物信息学、分子动力学和理论系统生物学研究。主要包括：1）运用生物信息学和分子动力学方法分析了肌球蛋白VI特殊运动模式的结构基础；2）在前期探索的基础上，结合研究团队在离子通道研究上的优势，构建了离子通道高通量筛选平台，并将生物信息学和分子动力学的研究方法拓展到人类钠离子通道及其效应分子的研究上，成功对hNav1.5和hNav1.7进行了结构预测，初步探索了天然和人工活性多肽与电压敏感门控通道的相互作用，对于认识多肽对离子通道的调控机制起到重要作用，为特异性高效调控因子的理性设计奠定了基础；3）以果蝇胚胎早期发育中的基因调控网络为切入点，深入挖掘了这一前沿领域中的科学问题，为揭示果蝇发育鲁棒性的理论机制构建了半定量的动力学模型，并取得阶段性进展，其结果将完善对生物大分子网络独特动力学性质的认识。