通过免疫学相关动态三级结构特征评估HIV-1 V3环冠状R2序列 从头算 折叠

以下实验的总体目标是通过 AR 折叠来评估 HIV R2 毒株 V3 冠状肽序列的动态结构偏好，并将结果与已知的 R2 毒株中和敏感性相关联。为此，首先选择 R2 毒株 V3 环冠状区的一个合适片段用于折叠 AR bonni。第二步是进行折叠模拟，该过程将搜索 R2 冠状片段所有可能的构象，并将最可能的构象记录在堆叠文件中。

接下来，通过分析记录的构象，确定R二V三冠状结构的动态构象偏好，这可能解释其对中和作用的敏感性。根据二级结构偏好以及搜索到的构象堆叠的能量分布，结果显示出对V三环第12至14位刚性β链结构的偏好。您好，我是蒂莫西·卡多佐（Timothy Cardozo），来自纽约大学医学院药理学系实验室，正在向您介绍本研究。

今天，我们将向您展示一种针对免疫原性HIV-1病毒蛋白GP120上柔性环区进行从头蛋白质折叠的实验方法。该柔性环区被称为HIV-1病毒表面包膜糖蛋白的V3环，其顶端部分称为V3环冠部。该区域即为我们将要进行折叠的目标区域。

我们在实验室中采用此方法，以帮助确定通向成功 HIV 疫苗设计的有效途径。现在让我们开始。首先，选择待在计算机中进行折叠的 V3 冠状序列。

本实验室先前的研究表明，任何 V3 环序列的第 10 至 22 位可获得最佳结果。请在 ICM Pro 分子建模软件的图形用户界面（GUI）中，使用便捷的下拉菜单运行 Armenio 折叠实验。首先，必须将对应于该序列的肽段三维原子结构构建到计算机的虚拟空间中。要构建三维原子结构，请进入文件菜单并选择新建。

这将显示一个包含多个选项卡的界面。选择肽段选项卡，并将序列粘贴或输入到文本框中。点击确定以构建该肽段的三维结构。

结构将显示在ICM的图形窗口中。三维结构构建完成后，进入分子力学菜单并选择“minimize”，该选项将弹出为侧边菜单。在侧边菜单中，选择“global”。

这将显示一个包含多个输入字段和复选框的界面，其中已预先选择默认参数。如有需要，可更改选择以指定要折叠的肽链。通过分别调整全局移动次数和局部极小值调用次数，来调节模拟的长度和精度。

选择所有以进行肽链的全原子折叠。然后选择保存动画，以生成折叠过程的动画文件。最后，单击应用，在图形窗口中开始折叠过程。

该算法开始将肽链折叠成不同的构象，计算并记录每种构象下的肽链能量。完成后，计算机将识别出能量最稳定的肽链构象，以及能量相近的其他可能构象，并进行可视化展示。通过使用图形界面演示肽链折叠过程，可以直观了解折叠的形态，但无法为V3环冠肽的折叠选择理想的参数。

为此，最好通过非图形化命令行使用脚本执行折叠操作。脚本仅仅是按行保存到计算机本地目录中文本文件的一系列文本命令，这些命令会自动输入ICM程序并依次执行，以通过命令行脚本折叠V3环。首先，在计算机硬盘的本地目录中创建并保存一个文本文件。与之前相同，首先在计算机的虚拟空间中构建肽链。

然后为模拟命名，并设置自由变量的数量，这些自由变量是指在折叠过程中允许自由旋转的肽链中的化学键。接下来，指定模拟运行的时间，以实现V区三个环的最佳折叠。该时间取决于上一步中确定的自由变量数量，以确定实验中构象搜索的精度，并设置在每个局部极小值中执行的搜索步数。

然后根据先前的研究设置已为模拟优化的其他参数，包括温度最小化、梯度和概率分布。在设定实验参数后，需指明在折叠过程中将采用的能量计算方法。此处，Vander Vi 能量由 VW 内部肽段表示。

能量由14个氢键表示，氢键能量由HB静电表示。能量由El Salvation表示。能量用SF表示，熵用EN表示。指定最终设置，包括要搜索的优选主链和侧链角度以及起始构象。

最后编写运行并保存计算的命令。将脚本编写完成后，保存为文本文件，并从计算机操作系统的命令行提示符中运行该脚本。与之前类似，系统将识别出该肽最具有能量稳定性的构象，以及能量相近的其他可能构象，并将其保存在项目文件中，以便在计算机上进行可视化观察。

计算完成后，从 EE 下拉菜单中选择“文件打开”以打开文件。在工作区面板中，点击分子旁边的复选框以显示该分子，并选择分子力学堆叠视图。要查看折叠后最佳肽段构象按能量排序的堆叠结果，请点击堆叠面板右下角的绘图工具以绘制结果图表。

首先在弹出的窗口中点击“确定”，然后点击图表中名为“best confo”的中间选项卡。接着点击结果堆叠表格中的第一行，该行为搜索中找到的最低能量构象。肽链结构将在图形窗口中重排为其最低能量构象。

分析该构象中是否存在类似β折叠或α螺旋的特征，尤其关注肽段的前五个位置。通过在序列中选择该区域，并点击屏幕左上角的“stick”图标以显示所有原子。接下来，必须分析能量结果的排序，以绘制出最优的构象。

如果最低能量构象与其他构象之间存在显著的能量差距，则表明该分子倾向于形成刚性结构。为了评估结果，打开项目小瓶，选择分子力学堆叠视图，此时将显示构象堆叠的表格。通过点击直方图图标来可视化堆叠构象。

最后，单击分子力学堆栈播放按钮，以生成该堆栈的动画，直观展示此处折叠所揭示的构象偏好。结果显示了R2折叠的结果。其构象并非α螺旋，而是呈现随机卷曲，这与V3环冠区域在残基12至14片段中的预期特征一致。

在 V3 环中，整个结构域堆叠区域均呈现出明显的β折叠构象偏好，而观察到的α螺旋构象极少。局部的β折叠构象可通过其伸展的线性形态加以识别。此处为 R2 毒株特有的异亮氨酸-脯氨酸-甲硫氨酸序列所在位置，该序列在 HIV 毒株的这一位点极为罕见，且已被假说认为是导致 R2 毒株异常特性的原因。

此外，在最低能量构象与第二低能量构象之间存在近三个单位的能量差。因此，该结构仅有不到1%的时间短暂偏离最低能量构象，表明R2V3冠状结构及其在第12至14位点的局部β应变构象具有较为刚性的结构，而非完全柔性的性质。我们刚刚向您展示了如何在ICM软件中使用abio算法折叠V3环冠状序列，并向您展示了如何利用HIV病毒的R2应变来分析结果。

例如，在进行此操作时，重要的是要仔细选择对应于 V 三冠结构域片段的折叠肽序列，同时在解释有关构象偏好和能量的结果时，应咨询分子建模专家的意见。以上就是全部内容。感谢观看，祝您的实验顺利成功。