本技術(shù)涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、生物大分子多尺度模擬技術(shù)及計(jì)算結(jié)構(gòu)生物學(xué)，具體涉及一種基于分子動(dòng)力學(xué)模擬配體門控離子通道的路徑識(shí)別方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、配體門控離子通道(ligand-gated?ion?channels,lgics)是一類在細(xì)胞膜上廣泛分布的蛋白復(fù)合物，在電化學(xué)梯度的驅(qū)動(dòng)下，介導(dǎo)帶電離子從高濃度一側(cè)流向低濃度一側(cè)。lgics被特定的配體結(jié)合后，會(huì)引起構(gòu)象的特定改變，從而形成通道的開(kāi)放和關(guān)閉狀態(tài)。lgics通過(guò)配體結(jié)合產(chǎn)生的變構(gòu)效應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)通道的開(kāi)閉狀態(tài)，其變構(gòu)通信是空間長(zhǎng)程氨基酸內(nèi)通信促進(jìn)的生物過(guò)程，其中配體結(jié)合或者遠(yuǎn)處位點(diǎn)的氨基酸變化時(shí)，會(huì)遠(yuǎn)程影響活性位點(diǎn)，這種影響通過(guò)多種傳導(dǎo)路徑而導(dǎo)致通道的打開(kāi)或關(guān)閉。

2、分子動(dòng)力學(xué)模擬是基于牛頓力學(xué)、量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)，利用計(jì)算機(jī)求解分子體系運(yùn)動(dòng)方程的方法，已廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)的變構(gòu)效應(yīng)研究中，通過(guò)對(duì)構(gòu)象運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)性的分析等來(lái)揭示蛋白質(zhì)體系的變構(gòu)路徑和關(guān)鍵殘基。

3、lgics的變構(gòu)效應(yīng)通常在毫秒(ms，10-3s)的時(shí)間尺度內(nèi)發(fā)生，傳統(tǒng)的常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬(cmd)一般只能捕捉納秒(ns，10-9s)或微秒(μs，10-6s)的時(shí)間尺度的構(gòu)象變化，因此可能難以捕捉到隱秘的構(gòu)象變化和變構(gòu)路徑。未結(jié)合配體的apo態(tài)結(jié)構(gòu)中通常不存在變構(gòu)口袋，并且只有配體存在時(shí)，變構(gòu)位點(diǎn)處于松弛狀態(tài)才在構(gòu)象集合中占主導(dǎo)地位。因此為了捕捉到隱秘的構(gòu)象變化，需要使lgics先結(jié)合上配體。lgics結(jié)合上配體后，會(huì)誘導(dǎo)周圍結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象發(fā)生變化，這種構(gòu)象變化通過(guò)多條變構(gòu)路徑傳遞到孔域，使通道打開(kāi)。

4、現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)合動(dòng)力學(xué)模擬研究多巴胺受體與配體結(jié)合途徑，重復(fù)29次分子動(dòng)力學(xué)模擬，篩選出在結(jié)合途徑中起關(guān)鍵作用的殘基位點(diǎn)(thomas?t,fang?y,yuriev?e,etal.ligand?binding?pathways?of?clozapine?and?haloperidol?in?the?dopamine?d2and?d3?receptors[j].journal?of?chemical?information&modeling,2016:acs.jcim.5b00457.)。但lgics結(jié)構(gòu)復(fù)雜，僅采用重復(fù)的動(dòng)力學(xué)模擬難以捕捉到復(fù)雜的變構(gòu)路徑，由于lgics體系龐大，構(gòu)象變化的時(shí)間尺度較大，僅利用傳統(tǒng)分子動(dòng)力學(xué)模擬需要消耗大量的人力物力，且其模擬效果難以覆蓋所有的構(gòu)象變化。關(guān)于fmrfamide激活的鈉通道(fanac)，現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)合定點(diǎn)誘變、電生理學(xué)以及分子動(dòng)力學(xué)模擬等對(duì)其結(jié)構(gòu)和機(jī)制研究(fenglian?liu,yu?dang,lu?li,et?al.structure?and?mechanism?of?aneuropeptide-activated?channel?in?the?enac/deg?superfamily,nature?chemical?biology,2023,19(10):1276-1285)，篩選出對(duì)構(gòu)象變化起到關(guān)鍵作用的殘基，但僅依賴分子動(dòng)力學(xué)模擬并未獲得配體與受體的結(jié)合變構(gòu)路徑。

5、模擬配體與lgics的結(jié)合常采用分子對(duì)接技術(shù)，常見(jiàn)的分子對(duì)接技術(shù)包括剛性對(duì)接，該方法在計(jì)算過(guò)程中，參與對(duì)接的分子構(gòu)象不發(fā)生變化，僅改變分子空間位置和姿態(tài)，方法簡(jiǎn)單，計(jì)算量相對(duì)較小，但容易忽略分子的柔性，導(dǎo)致對(duì)接結(jié)果的準(zhǔn)確性降低，且剛性對(duì)接無(wú)法識(shí)別分子在結(jié)合過(guò)程中可能發(fā)生的構(gòu)象變化，錯(cuò)失一些重要的結(jié)合模式，無(wú)法真實(shí)反映實(shí)際的相互作用強(qiáng)度。因此隨機(jī)結(jié)合作為一個(gè)重要的前提條件，在研究配體結(jié)合產(chǎn)生的變構(gòu)效應(yīng)對(duì)理解lgics的門控機(jī)制和研發(fā)新的變構(gòu)藥物具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于上述內(nèi)容，本發(fā)明提供了一種基于分子動(dòng)力學(xué)模擬配體門控離子通道的路徑識(shí)別方法或一種配體門控離子通道與配體結(jié)合路徑以及變構(gòu)路徑的分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，通過(guò)常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)、靶向分子動(dòng)力學(xué)和高斯加速分子動(dòng)力學(xué)等多種模擬技術(shù)，模擬配體與配體門控離子通道隨機(jī)結(jié)合，獲得配體門控離子通道從apo態(tài)到holo態(tài)的變構(gòu)路徑，使用聚類分析、結(jié)合自由能分析、相互作用分析和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析等分析方法，分析配體進(jìn)入結(jié)合口袋的配體結(jié)合路徑，進(jìn)而分析與孔域之間的變構(gòu)路徑。本技術(shù)所述方法實(shí)現(xiàn)配體與配體門控離子通道的隨機(jī)結(jié)合，可以在較短模擬時(shí)間內(nèi)獲取配體門控通道的中間態(tài)結(jié)構(gòu)和與孔域之間的變構(gòu)路徑，尤其是識(shí)別出比現(xiàn)有技術(shù)更多更新的位點(diǎn)，以及確定了最短變構(gòu)路徑，對(duì)研究其門控機(jī)制和開(kāi)發(fā)新的變構(gòu)調(diào)節(jié)劑來(lái)調(diào)節(jié)該通道提供了新的研究思路。

2、本技術(shù)的第一方面，提供了一種基于分子動(dòng)力學(xué)模擬配體門控離子通道的路徑識(shí)別方法，所述的路徑識(shí)別方法包括：

3、步驟一：獲取配體門控離子通道的holo態(tài)和apo態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)作為初始結(jié)構(gòu)，構(gòu)建模擬體系；

4、步驟二：對(duì)模擬體系進(jìn)行常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬，獲得配體門控離子通道與配體結(jié)合的初始軌跡并提取出配體門控離子通道與配體結(jié)合的代表姿態(tài)結(jié)構(gòu)；

5、步驟三：對(duì)配體門控離子通道與配體結(jié)合的代表姿態(tài)結(jié)構(gòu)和holo態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行靶向分子動(dòng)力學(xué)模擬，提取初始中間態(tài)結(jié)構(gòu)；

6、步驟四：對(duì)初始中間態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬，獲得中間態(tài)穩(wěn)定軌跡并提取中間態(tài)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；

7、步驟五：對(duì)中間態(tài)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)進(jìn)行高斯加速分子動(dòng)力學(xué)模擬，獲得高斯加速分子動(dòng)力學(xué)模擬軌跡；

8、步驟六：對(duì)步驟四獲得的中間態(tài)穩(wěn)定軌跡與步驟五獲得的高斯加速分子動(dòng)力學(xué)模擬軌跡進(jìn)行動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析，優(yōu)選還包括相關(guān)系數(shù)分析和/或最短路徑分析，獲得配體與配體門控離子通道結(jié)合的變構(gòu)路徑。

9、所述的holo態(tài)為結(jié)合配體的配體門控離子通道，apo態(tài)為未結(jié)合配體的配體門控離子通道。

10、所述路徑識(shí)別方法中常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬包括模擬配體與配體門控離子通道的隨機(jī)結(jié)合。

11、具體的，步驟一中所述獲取配體門控離子通道的holo態(tài)和apo態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)包括：從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取配體門控離子通道的holo態(tài)和apo態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)，刪除apo態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)中除了目標(biāo)配體門控離子通道以外的其他組分，刪除holo態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)中除了目標(biāo)配體門控離子通道和配體以外的其他組分；重新構(gòu)建晶體結(jié)構(gòu)中缺失的結(jié)構(gòu)區(qū)域。

12、優(yōu)選的，所述的數(shù)據(jù)庫(kù)包括pdb數(shù)據(jù)庫(kù)或rcsb數(shù)據(jù)庫(kù)。

13、優(yōu)選的，所述的重新構(gòu)建晶體結(jié)構(gòu)中缺失的結(jié)構(gòu)區(qū)域包括預(yù)測(cè)缺失的specificinsertionⅱ區(qū)域，然后補(bǔ)全。

14、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述的重新構(gòu)建晶體結(jié)構(gòu)中缺失的結(jié)構(gòu)區(qū)域包括對(duì)缺失的氨基酸部分使用alphafold2和rosettafold分別預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證最優(yōu)結(jié)構(gòu)，之后使用swissmodel同源建模進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)，使用ramachandran圖驗(yàn)證結(jié)構(gòu)合理性。

15、具體的，步驟一中所述的模擬體系中包括配體門控離子通道的apo的晶體結(jié)構(gòu)或holo態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)；所述的模擬體系中還包括配體、磷脂雙分子層、溶劑分子和離子。

16、優(yōu)選的，配體門控離子通道與配體的距離為以上，例如15、16、17、18、19、及以上。

17、進(jìn)一步優(yōu)選的，配體門控離子通道的胞外結(jié)構(gòu)域與配體的距離為以上，例如15、16、17、18、19、及以上。

18、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，配體與配體門控離子通道或其胞外結(jié)構(gòu)域以不低于的距離呈正方形均勻排布，以保證配體的隨機(jī)結(jié)合過(guò)程。

19、優(yōu)選的，模擬體系中原子總數(shù)為200000-400000個(gè)，例如200000、250000、300000、350000、400000個(gè)。

20、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述的步驟一具體包括：

21、步驟1.1：從pdb數(shù)據(jù)庫(kù)獲取配體門控離子通道的holo態(tài)和apo態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)；

22、步驟1.2：刪除apo態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)中除了目標(biāo)配體門控離子通道以外的其他組分，刪除holo態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)中除了目標(biāo)配體門控離子通道和配體以外的其他組分；重新構(gòu)建晶體結(jié)構(gòu)中缺失的結(jié)構(gòu)區(qū)域；

23、步驟1.3：在配體門控離子通道的apo態(tài)晶體結(jié)構(gòu)中隨機(jī)添加配體；

24、步驟1.4：在charmm-gui軟件中構(gòu)建模擬體系，所述的模擬體系中包括配體門控離子通道的apo態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)或holo態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)；所述的模擬體系中還包括配體、磷脂雙分子層、溶劑分子和離子。

25、優(yōu)選的，步驟1.4中所述的溶劑分子包括水分子。

26、所述的步驟二具體包括：

27、步驟2.1：對(duì)模擬體系進(jìn)行能量最小化和加熱，在npt系綜下進(jìn)行無(wú)約束的常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬，優(yōu)選將模擬體系運(yùn)行到一個(gè)相對(duì)平衡的狀態(tài)；

28、步驟2.2：計(jì)算配體重原子的均方根偏差、配體與結(jié)合位點(diǎn)殘基接觸概率和配體與配體門控離子通道的結(jié)合自由能，優(yōu)選還包括殘基與配體相互作用，確定配體結(jié)合位點(diǎn)和/或結(jié)合路徑；

29、步驟2.3：對(duì)配體門控離子通道與配體結(jié)合的初始軌跡進(jìn)行聚類分析，提取每個(gè)集群的質(zhì)心結(jié)構(gòu)作為配體門控離子通道與配體結(jié)合的代表姿態(tài)結(jié)構(gòu)。

30、優(yōu)選的，步驟2.1所述的對(duì)模擬體系進(jìn)行能量最小化包括通過(guò)向配體門控離子通道和脂質(zhì)添加限制力來(lái)實(shí)現(xiàn)能量最小化。

31、所述的限制力為0.5-15kcal.mol-1.范圍內(nèi)的任一數(shù)值，優(yōu)選的，所述的限制力為1-10kcal.mol-1.范圍內(nèi)的任一數(shù)值，例如0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15kcal.mol-1.

32、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，通過(guò)向配體門控離子通道添加10.0kcal.mol-1.的限制力，向脂質(zhì)添加5.0kcal.mol-1.的限制力實(shí)現(xiàn)能量最小化。

33、優(yōu)選的，步驟2.1所述的加熱包括模擬體系在nvt系綜中的溫度在100-300ps的時(shí)間內(nèi)上升到300-350k，優(yōu)選的，所述的加熱包括模擬體系的溫度在200-300ps的時(shí)間內(nèi)上升到300-320k。

34、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述的加熱為模擬體系在nvt系綜中的溫度在250ps內(nèi)加熱到310k。

35、步驟2.1所述的常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬在namd2和namd3中執(zhí)行。

36、所述常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬的步長(zhǎng)為1-2fs，每隔20-100ps保存軌跡，優(yōu)選的，所述的常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬的步長(zhǎng)為2fs，每隔100ps保存軌跡。

37、步驟2.1所述的常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬包括將非鍵相互作用的截止距離為范圍內(nèi)的任一數(shù)值，例如優(yōu)選的，所述的非鍵相互作用的截止距離為

38、步驟2.1所述的常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬在npt系綜中進(jìn)行，所述的npt系綜的模擬溫度為300-310k，壓力為1個(gè)大氣壓，采用粒子網(wǎng)格ewald方法處理長(zhǎng)程靜電相互作用。

39、所述常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬的時(shí)間為0.001-10μs范圍內(nèi)任一數(shù)值，優(yōu)選的，所述的常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬的時(shí)間為0.1-5μs，例如0.001μs、0.1μs、0.5μs、1μs、1.5μs、2μs、2.5μs、3μs、3.5μs、4μs、5μs、6μs、7μs、8μs、9μs、10μs。

40、所述的常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬的次數(shù)為1-5次，例如1、2、3、4、5，優(yōu)選的，所述的常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬的次數(shù)為3次。

41、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述的常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬的時(shí)間為1μs，模擬3次。

42、步驟2.2所述的接觸指配體與結(jié)合位點(diǎn)殘基之間的重原子距離不大于例如不大于

43、配體的rmsd和結(jié)合位點(diǎn)殘基的接觸概率是基于氨基酸殘基的重原子所計(jì)算的，當(dāng)配體rmsd在波動(dòng)后處于穩(wěn)定狀態(tài)可以認(rèn)為配體可能已經(jīng)處于結(jié)合狀態(tài)，于是計(jì)算與配體產(chǎn)生相互作用的所有殘基的配體接觸概率，確定重要?dú)埢笥?jì)算殘基與配體的相互作用圖，按照配體與蛋白有相互作用的時(shí)刻作為起始時(shí)間，配體穩(wěn)定結(jié)合在蛋白上的口袋中的時(shí)刻作為最后時(shí)間。

44、所述殘基與配體的接觸概率不少于0.7時(shí)，認(rèn)為該位點(diǎn)是配體與配體門控離子通道的結(jié)合位點(diǎn)。

45、步驟2.2所述的計(jì)算配體與配體門控離子通道的結(jié)合自由能的方法包括分子動(dòng)力學(xué)/廣義玻恩表面積法、熱力學(xué)積分法或自由能微擾法。

46、殘基與配體產(chǎn)生相互作用是殘基的所有重原子在配體的所有重原子不大于的距離中，計(jì)算殘基與配體的相互作用圖時(shí)，要按照距離的反比歸一化相互作用強(qiáng)度。

47、步驟三中所述的靶向分子動(dòng)力學(xué)模擬的起始為配體門控離子通道與配體結(jié)合的代表姿態(tài)結(jié)構(gòu)，終點(diǎn)為holo態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)。

48、所述的靶向分子動(dòng)力學(xué)模擬在npt系綜中進(jìn)行。

49、所述的npt系綜的模擬溫度為300-310k，壓力為一個(gè)大氣壓的周期邊界條件，其中與h原子相連的鍵長(zhǎng)，限制的閾值為非鍵相互作用的截?cái)嘀禐?/p>

50、所述的步驟三還包括對(duì)靶向分子動(dòng)力學(xué)模擬的軌跡進(jìn)行聚類分析，獲得初始中間態(tài)結(jié)構(gòu)。

51、步驟四所述的常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬在namd2和namd3中執(zhí)行。

52、所述的步驟四在進(jìn)行常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬之前需要對(duì)模擬體系進(jìn)行能量最小化和加熱。

53、所述的對(duì)模擬體系進(jìn)行能量最小化包括通過(guò)向配體門控離子通道和脂質(zhì)添加限制力來(lái)實(shí)現(xiàn)能量最小化。

54、所述的限制力為0.5-15kcal.mol-1.范圍內(nèi)的任一數(shù)值，優(yōu)選的，所述的限制力為1-10kcal.mol-1.范圍內(nèi)的任一數(shù)值，例如0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15kcal.mol-1.

55、所述的加熱包括模擬體系在nvt系綜中的溫度在100-300ps的時(shí)間內(nèi)上升到300-350k，優(yōu)選的，所述的加熱包括模擬體系的溫度在200-300ps的時(shí)間內(nèi)上升到300-320k。

56、所述常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬的步長(zhǎng)為1-2fs，每隔20-100ps保存軌跡，優(yōu)選的，所述的常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬的步長(zhǎng)為2fs，每隔100ps保存軌跡。

57、步驟四所述的常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬包括將非鍵相互作用的截止距離為范圍內(nèi)的任一數(shù)值，例如優(yōu)選的，所述的非鍵相互作用的截止距離為

58、步驟四所述的常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬在npt系綜中進(jìn)行，所述的npt系綜的模擬溫度為300-310k，壓力為1個(gè)大氣壓，采用粒子網(wǎng)格ewald方法處理長(zhǎng)程靜電相互作用。

59、步驟四所述的常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬的時(shí)間為200-250ns范圍內(nèi)的任一數(shù)值，例如200ns、205ns、210ns、215ns、220ns、225ns、230ns、235ns、240ns、245ns、250ns，優(yōu)選的，所述的常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)模擬的時(shí)間為210ns。

60、步驟四中所述的中間態(tài)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)為中間態(tài)的穩(wěn)定軌跡的最后一幀。

61、步驟五所述的高斯加速分子動(dòng)力學(xué)模擬的時(shí)間為0.5-2μs范圍內(nèi)的任一數(shù)值，例如0.5μs、0.6μs、0.7μs、0.8μs、0.9μs、1μs、1.2μs、1.4μs、1.6μs、1.8μs、2μs，優(yōu)選的，所述的高斯加速分子動(dòng)力學(xué)模擬的時(shí)間為1μs。

62、所述的步驟六具體包括：

63、步驟6.1：將中間態(tài)穩(wěn)定軌跡和高斯加速分子動(dòng)力學(xué)模擬的軌跡整合，間隔提取配體門控離子通道的構(gòu)象，形成完整軌跡；

64、步驟6.2：將步驟6.1獲得的完整軌跡輸入networkx軟件中，生成動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)；

65、步驟6.3：計(jì)算動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中配體門控離子通道殘基的cα原子與配體的相關(guān)系數(shù)分析(例如廣義相關(guān)系數(shù))；其中，按照廣義相關(guān)系數(shù)與距離生成動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，使用floyd-warshall算法生成變構(gòu)路徑，解釋配體調(diào)控配體門控離子通道的變構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)制；

66、步驟6.4：對(duì)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行社區(qū)分析和最短路徑分析。

67、優(yōu)選的，步驟6.2生成的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中，配體門控離子通道殘基的cα原子和配體關(guān)鍵原子用節(jié)點(diǎn)表示，如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的重原子的距離在75％的采樣時(shí)間內(nèi)都在以內(nèi)，則在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間加一條邊。

68、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中每條邊的厚度按距離縮放，邊越厚表示兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)性越大。

69、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的路徑長(zhǎng)度為節(jié)點(diǎn)集之間涉及的單獨(dú)路徑長(zhǎng)度的總和。

70、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間最短路徑中涉及的配體門控離子通道的殘基被認(rèn)為是對(duì)配體門控離子通道變構(gòu)調(diào)節(jié)起重要作用的殘基。

71、社區(qū)分析：使用以廣義相關(guān)系數(shù)為邊權(quán)的多級(jí)算法將動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步劃分為多個(gè)不同的子網(wǎng)絡(luò)，這些子網(wǎng)絡(luò)可能代表著該通道各結(jié)構(gòu)域的通信網(wǎng)絡(luò)的分布情況，并使用pymol對(duì)社區(qū)網(wǎng)絡(luò)可視化分析。

72、變構(gòu)路徑分析：使用floyd-warshall算法搜索網(wǎng)絡(luò)中變構(gòu)位點(diǎn)和活性位點(diǎn)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間距離最短的路徑，該路徑往往是最可能的或生物學(xué)相關(guān)的信號(hào)傳遞路徑，即該通道蛋白功能結(jié)構(gòu)域之間的變構(gòu)通訊路徑。

73、所述聚類分析采用dbscan算法，基于氨基酸殘基的backbone原子進(jìn)行聚類分析。

74、所述的配體門控離子通道包括三聚體配體門控離子通道、四聚體配體門控離子通道或五聚體配體門控離子通道。

75、所述的配體門控離子通道包括乙酰膽堿受體(nachr)、γ-氨基丁酸受體(gaba受體)、甘氨酸受體(glyrs)、谷氨酸受體(iglur)或退化蛋白/上皮鈉通道家族(deg/enac)，優(yōu)選的，所述的退化蛋白/上皮鈉通道家族包括酸敏感離子通道(asic)、膽汁酸敏感型離子通道(basic)、水螅鈉通道(hynac)或fmrf酰胺激活鈉通道(fanac)。

76、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述的配體門控離子通道為fmrf酰胺激活鈉通道(fanac)，所述fanac的配體為fmrf酰胺；

77、fanac與fmrf酰胺結(jié)合的位點(diǎn)包括i147、l149、i152、y156、l168、q172、m182、n183、i185、f188、t271、y272、g273、v274、f453和y454。

78、所述的fmrf酰胺與fanac結(jié)合過(guò)程中結(jié)合自由能低于-0.5的殘基包括i147、i152、l168、q172、m179、m182、n183、f188、t271、v274。

79、所述的fmrf酰胺與fanac結(jié)合過(guò)程中配體與殘基接觸概率不小于0.7的位點(diǎn)包括i147、l149、i152和n183。

80、fmrf酰胺與fanac蛋白在200ns之后相互作用較強(qiáng)的位點(diǎn)包括v274、y272、t271、n183、q172。

81、所述的fmrf酰胺與fanac結(jié)合的最短變構(gòu)路徑為n183-f181-s367-l353-n345-c435-y329、v274-n183-i147-e263-q525-e518或f453-q455-r461-h209-l203-k197-i185-n191-w387。

82、所述的fmrf酰胺與fanac結(jié)合過(guò)程中的關(guān)鍵位點(diǎn)包括q172、n183、v272、f453和l563。

83、本發(fā)明的第二方面，提供了一種配體門控離子通道與配體結(jié)合路徑以及變構(gòu)路徑的分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，所述的分子動(dòng)力學(xué)模擬方法包括第一方面所述的路徑識(shí)別方法。

84、本發(fā)明的第三方面，提供了一種基于分子動(dòng)力學(xué)模擬配體門控離子通道的路徑識(shí)別裝置，所述的裝置包括存儲(chǔ)模塊，所述的存儲(chǔ)模塊包括實(shí)現(xiàn)第一方面所述的路徑識(shí)別方法的程序和/或模型。

85、本發(fā)明的第四方面，提供了一種上述第一方面所述的路徑識(shí)別方法或第二方面所述的分子動(dòng)力學(xué)模擬方法或第三方面所述的路徑識(shí)別裝置在模擬配體門控離子通道與配體結(jié)合路徑及變構(gòu)路徑的應(yīng)用。

86、本發(fā)明的第五方面，提供了一種上述第一方面所述的路徑識(shí)別方法或第二方面所述的分子動(dòng)力學(xué)模擬方法或第三方面所述的路徑識(shí)別裝置在篩選與配體門控離子通道結(jié)合的變構(gòu)調(diào)節(jié)劑中的應(yīng)用。

87、所述的變構(gòu)調(diào)節(jié)劑包括變構(gòu)激活劑或變構(gòu)抑制劑。

88、有益效果：

89、(1)本發(fā)明主要針對(duì)的對(duì)象是配體門控離子通道，離子通道作為最復(fù)雜的膜蛋白之一，它具有體系更大更復(fù)雜、構(gòu)象變化較小等特點(diǎn)，因此其配體結(jié)合路徑與變構(gòu)路徑也是較為復(fù)雜的，其對(duì)于其他蛋白具有更大的參考意義，相比現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)的蛋白，本發(fā)明的研究方案具有更好的可擴(kuò)展性和延伸性。

90、(2)本發(fā)明利用分子動(dòng)力學(xué)模擬配體與配體門控離子通道隨機(jī)結(jié)合的過(guò)程，分子動(dòng)力學(xué)模擬是分子模擬中最接近實(shí)驗(yàn)條件的模擬方法，能夠從原子層面模擬出體系的微觀演化過(guò)程，與常規(guī)的剛性對(duì)接相比，本發(fā)明的方法準(zhǔn)確性更高，注重結(jié)合過(guò)程中配體門控離子通道的構(gòu)象變化，獲得的變構(gòu)路徑更加真實(shí)有效。

91、(3)本發(fā)明借助分子動(dòng)力學(xué)模擬、接觸概率與配體殘基相互作用分析、自由能分析和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析，識(shí)別了lgics的配體結(jié)合路徑、提取出lgics在apo態(tài)和holo態(tài)之間的重要中間態(tài)結(jié)構(gòu)和分析其變構(gòu)路徑。以fmrf酰胺門控鈉通道(fanac)為例，成功識(shí)別了fmrf酰胺進(jìn)入結(jié)合口袋的結(jié)合路徑及其結(jié)合位點(diǎn)，結(jié)合位點(diǎn)包括i147、l149、i152、y156、l168、q172、m182、n183、i185、f188、t271、y272、g273、v274、f453和y454，較現(xiàn)有技術(shù)，發(fā)現(xiàn)更多的結(jié)合位點(diǎn)。提取出apo態(tài)和holo態(tài)之間的中間態(tài)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明同樣適用于其他配體門控通道的研究。

92、(4)本發(fā)明使用了常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)、靶向分子動(dòng)力學(xué)和高斯加速分子動(dòng)力學(xué)等多種模擬方法，保證了配體的隨機(jī)結(jié)合過(guò)程的同時(shí)使提取出的重要中間態(tài)構(gòu)象更加穩(wěn)定和可信，又克服傳統(tǒng)分子動(dòng)力學(xué)模擬的時(shí)間尺度限制，降低了算力消耗。

93、(5)本發(fā)明整合了包括動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析等多種分析方法用于揭示變構(gòu)路徑、中間態(tài)結(jié)構(gòu)、配體結(jié)合路徑，動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析可以分析變構(gòu)信息的傳遞效率，識(shí)別對(duì)變構(gòu)信息傳遞起重要作用的變構(gòu)路徑及其重要?dú)埢o助lgics的門控機(jī)制研究和重要變構(gòu)調(diào)節(jié)劑的研發(fā)。以fmrf酰胺門控鈉通道(fanac)為例，以識(shí)別到的結(jié)合位點(diǎn)為變構(gòu)起點(diǎn)，分別獲得多種可能的變構(gòu)路徑，如以n183為變構(gòu)起點(diǎn)的變構(gòu)路徑包括n183-f181-s367-l353-n345-c435-y329，以v274為變構(gòu)起點(diǎn)的變構(gòu)路徑包括v274-n183-i147-e263-q525-e518，以f453為變構(gòu)起點(diǎn)的變構(gòu)路徑包括f453-q455-r461-h209-l203-k197-i185-n191-w387。