[发明专利]一种电压-门控钠离子通道的结构预测方法

说明书

本发明公开了一种适用于电压‑门控钠离子通道的结构预测的方法，具体涉及一种基于模板构建真核电压‑门控钠离子通道Na_v1.5孔道结构域开放态的结构模建方法。首先通过rosetta的膜蛋白同源模建方法，以获得晶体三极结构的细菌钠离子通道模板，初步构建组成Na_v1.5孔道结构域的四个亚基结构；然后根据各个构建模型的打分情况进行排序，挑选得分最高的结构作为各个结构域的初始结构；然后利用将构建完成的四个亚基结构分别比对到4CBC的四个亚基上并对组装完成的整体结构进行优化；以已有局部麻醉剂类药物的结构数据和试验数据为基础，与优化完的结构进行分子对接，根据已有实验结果设定筛选和评价策略，确定构建模型的可靠性。

技术领域

本发明涉及电压-门控钠离子通道的结构预测方法，尤其涉及以电压-门控钠离子通道Na_v1.5孔道结构域(Na_v1.5_PD)开放态为目标的结构模建方法。

背景技术

电压门控钠离子(Na_v)通道广泛分布于兴奋性细胞，主要选择性允许Na+跨膜通过，其主要功能是维持细胞兴奋性及其传导。Na_v1.5α亚单位是Na_vl.5发挥作用的核心亚单位，在人类中由SCN5A基因编码。其结构和功能的异常时，将改变钠离子通道电生理特性，从而导致“钠离子通道病”，如先天性和获得性长QT综合征(LQTs)、Brugada综合征(BrS)等。为了治疗这类疾病，发展了诸如抗心率失常(antiarrhythmics)和抗癫痫(antiepileptics)等通道药物。这些通道类药物通过控制钠传导来抑制与疾病相关的膜蛋白的过度兴奋性。虽然达到了治疗疾病、减轻患者痛苦、延长生存期的目的，但在使用过程中也暴露出很多的问题。例如用于治疗心绞痛的药物雷诺嗪，被临床证实对老年肾损害患者的神经系统产生副作用。药物与通道作用的位点在什么地方，以何种方式相互作用？这些信息对于更加安全、更具特异性的药物合理设计具有至关重要的作用。明确钠离子通道原子水平的三级结构对于获得这些信息具有重要意义。

由于目前实验手段的限制和电压-门控钠离子通道的自身特点，目前仍未能获得原子水平的真核钠离子通道晶体三级结构。特别是，Na_v1.5原子水平三级结构的缺失，导致其结构和机理研究明显滞后，通过分子模建的方法预测结构是目前解决这个问题的一条理想途径。使用理论计算的方法预测三级结构，进而利用该结构揭示其与药物分子的结合机理能够极大缩小实验筛选的范围，避免因海量筛选在人力和物力上造成的浪费。在众多的结构预测方法中，同源模建方法是比较常用的，如swiss-model，modeller等。此外还有基于片段拼接的I-TASSER方法等。这些方法在膜蛋白的结构模建方面都取得了一定的结果，但是这些方法在模型构建之初都没有充分考虑跨膜区域的信息。如何将跨膜结构的信息充分考虑在内，对于提高预测的准确率是至关重要的。

通过发展适用于电压-门控钠离子通道的结构预测方法，构建Na_v1.5的孔道域结构，将电压-门控钠离子通道Na_v1.5功能研究尚未有原子水平三级结构的局限性。同时，Na_v1.5原子水平孔道结构域模型的构建，将有助于从分子水平上深入理解和揭示人类真核Na_v通道的空间构象以及药物分子对通道疾病的治疗机理。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术存在的不足，建立一种快速、可靠、有针对性的电压-门控钠离子通道的结构预测方法，适用于对电压-门控钠离子通道Na_v1.5孔道域开放态结构抗心律失常药物的虚拟筛选及抑制机理研究上的应用，为新药研发提供结构基础。