HPV E1-E2界面处的热力学变化与临床风险组相关：一项计算机模拟分析

《Virology Journal》：Thermodynamic variations at the HPV E1-E2 interface correlate with clinical risk groups: an in-silico analysis

　　

摘要

背景

人乳头瘤病毒（HPV）感染是人类癌症的主要诱因，几乎所有的宫颈癌病例都与之相关。该病毒的生命周期及其致癌潜力在很大程度上依赖于病毒基因组的复制，而这一过程是由病毒E1蛋白驱动的。E1蛋白在其中的核心作用以及其在酶活性核心区域的高度序列保守性，为针对性治疗提供了结构学依据。

方法

本研究采用多尺度计算方法，对HPV E1蛋白的结构和功能进行了全面的计算机模拟分析。首先从乳头瘤病毒数据库中提取E1序列，通过多重序列比对确定其进化关系并识别出保守序列。随后利用AlphaFold3构建了E1与E2结合以及六聚体结构的的高分辨率模型。对这些模型进行热力学分析，以计算预测的结合能（ΔG）、界面几何结构以及溶剂化情况。最后，通过逻辑回归分析评估这些参数在区分致癌风险方面的预测能力。

结果

研究显示，E1蛋白的C端螺旋酶区域是保守性最高的区域，对于ATP结合和水解至关重要的关键催化基序几乎在所有样本中都保持不变。而N端的调控区域则存在更大的序列差异。通过对E1的DNA结合结构域以及六聚体螺旋酶结构的结构分析，发现保守序列集中在DNA结合结构域的DNA识别表面以及与E2调控蛋白相互作用的表面附近。热力学分析表明，高风险型与低风险型的E1-E2复合物在能量层面存在差异：低风险型复合物的预测稳定性更高（ΔG=?25.65千卡/摩尔），而高风险型复合物的预测稳定性为ΔG=?20.95千卡/摩尔（P<0.001）。接收者操作特征分析结果显示，E1-E2的结合能在该数据集中具有很强的区分能力（AUC=0.875）。

结论

E1蛋白核心酶机制的高度保守性体现了其不可或缺的功能。不过，E1-E2界面处的热力学差异与不同的临床风险群体相关。这些计算机模拟研究结果为理解E1-E2复合物中的功能位点提供了框架，并明确了在不同致病性类型之间，其相互作用界面在热力学层面存在差异。这些发现为未来进一步实验验证E1-E2的结合动力学提供了方向。