基于量化计算和分子动力学模拟深入探究细胞色素酶P4504Z1催化月桂酸的区域选择性

细胞色素酶P4504(CYP4)家族是人类第二大CYP家族,除CYP4F8、CYP4F12、CYP4X1和CYP4Z1外,大多数CYP4酶都是ω-羟化酶。CYP4Z1是CYP4家族的一个新成员,是目前研究甚少的"孤儿"酶之一,它的过表达会促进乳腺癌中的肿瘤血管生成和生长,并与某些高恶性肿瘤及愈后不良相关,是癌症治疗的潜在药物靶标。月桂酸在各种癌症的治疗和术后康复的调节中发挥重要作用。据报道,月桂酸的链内羟基化由细胞色素CYP4Z1催化,但其催化机制尚不清楚。在这项研究中,使用了量化计算、同源建模、分子对接、分子动力学模拟、自由能分析和主成分分析等方法,深入研究月桂酸羟基化的代谢特征。基于血红素和月桂酸模型的量化计算表明,潜在的羟基化位点的夺氢能垒范围为56.2至85.1 kJ/mol,其中ω-4位点的能垒最低。分子对接的结果表明,活性位点附近的Ser383、Ser113在稳定月桂酸的过程中发挥重要作用。分子动力学模拟结果表明,血红素平面与π-π相互作用形成的共同相互作用,促使ω-4位点更靠近活性氧,这与研究观察结果是一致的。当参与形成π-π相互作用的Phe313突变为Ala313时,对催化选择性的影响消失。自由能分析表明,CYP4Z1活性位点周围的芳香族氨基酸对催化选择性发挥决定性作用。本文探究细胞色素酶P4504Z1主要催化月桂酸的ω-4位点,决定该区域选择性的因素是芳香族氨基酸的π-π相互作用。