文档介绍：独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本文研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名:签字日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:导师签名:签字日期:年月日签字日期:年月日摘要病毒样颗粒(virus-like particle,VLP)是由病毒衣壳结构蛋白质自组装而形成的空心纳米颗粒,在疫苗、基因治疗、药物载体和材料科学等方面具有广阔的应用前景。然而病毒样颗粒自组装效率不高且结构调控难度大,限制其设计、生产和应用。因此,本文通过全原子模型的分子动力学模拟结合分子力学-泊松-玻尔兹曼方程-表面积计算(molecular mechanics-Poisson-Boltzmann surface area,MM-PBSA)自由能分解,展示鼠多瘤病毒样颗粒自组装的初始阶段,考察此过程的能量变化,尤其关注衣壳粒的结合自由能以研究衣壳粒内VP1结合的调控因素,从而为自组装过程的控制和优化提供理论基础。本文首先根据自组装实验条件构建鼠多瘤病毒衣壳粒以及模拟体系的全原子模型,考虑纯水、稳定溶液、组装溶液、聚集溶液等四种溶液条件。然后,利用分子动力学模拟和MM-PBSA自由能分解方法计算不同溶液条件下的总结合自由能,考察离子强度、二硫键以及抗原片段插入对衣壳粒稳定性的影响。最后,解析VP1结合的热点残基,阐释衣壳粒内VP1之间相互结合的分子机理。模拟结果表明,低离子强度和衣壳粒内二硫键对衣壳粒的稳定性起促进作用,而抗原片段插入则不利于衣壳粒的稳定。MM-PBSA自由能分解的结果表明,疏水相互作用对衣壳粒VP1之间的结合有利,而静电作用对其结合不利。确定不同溶液条件下衣壳粒单体VP1之间结合的关键残基,包括S132、L136、D137、H139、E138、D180、E225、H228、E235、Y239、G246、T247、F255、N257和K307等。本文的研究结果初步展示病毒样颗粒的自组装微观过程,阐释病毒样颗粒结构蛋白的功能和相互作用,为病毒样颗粒疫苗设计以及自组装过程调控奠定了理论基础。关键词:病毒样颗粒;自组装;分子动力学模拟;结合自由能;关键残基ABSTRACT Virus-like particles (VLP) are anized nanoparticles formed by the self-assembly of envelope and/or capsid proteins from many virus, which have great potential in inology, gene therapy, drug delivery, and materials science. However, the application of VLP is hindered by obstacles in their design and production due to low efficiency of self-assembly and difficulty in structural regulation. In the present study, molecular dynamics (MD) simulations with all-atom models and the molecular mechanics-Poisson-Boltzmann surface area (MM-PBSA) method are employed to investigate the early stages of the viral assembly process and to explore molecular energetics in VLP self-assembly. The association free energy between VP1 molecules and the key factors mediating the interactions have been investigated for better regulation of the self-assembly