GPCRs配體小分子的計算機(jī)模擬與藥物設(shè)計.pdf

1、作為生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)的蛋白質(zhì)，幾乎參與了所有的生命活動過程。目前，有很多藥物分子都是以蛋白質(zhì)為靶點(diǎn)，大約有一半藥物借助G蛋白偶聯(lián)受體(GPCRs)發(fā)揮效用，可用于治療哮喘、高血壓、糖尿病和心腦血管疾病等。GPCRs是細(xì)胞表面的信號接收器，在與藥物分子結(jié)合后，會激活G蛋白將信號轉(zhuǎn)導(dǎo)到細(xì)胞核以作出響應(yīng)。已獲FDA批準(zhǔn)的藥物芬戈莫德，就是以GPCRs超家族成員鞘氨醇-1-磷酸受體-1（S1P1）受體為靶點(diǎn)，用來治療由自身免疫反

2、應(yīng)而引發(fā)的神經(jīng)疾病--多發(fā)性硬化癥（MS）。深入研究這類靶點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特征、與藥物分子的作用模式及構(gòu)象變化方式，可以幫助我們開發(fā)出更好的新藥。由于GPCRs的重要性，2012年諾貝爾化學(xué)獎頒給了從事GPCRs研究的兩位美國科學(xué)家。
　　本論文以GPCRs配體吡唑-噁二唑類衍生物為研究對象，分別以吡唑和吡唑-噁二唑?yàn)榉肿庸补羌苓M(jìn)行疊合，采用比較分子場分析法（CoMFA）、區(qū)域集中優(yōu)化比較分子場法和比較分子相似性指數(shù)分析法（CoMSIA

3、）進(jìn)行定量構(gòu)效關(guān)系研究，以及Induced Fit分子對接法研究分子在活性位點(diǎn)的姿態(tài)，同時結(jié)合分子動力學(xué)對其作用機(jī)理進(jìn)行研究。第一章節(jié)首先從本文的研究背景--蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次來揭示蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)，再通過GPCRs的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制來解釋此類蛋白在生命活動中的重要作用，最后我們根據(jù)最新解析的S1P1受體的三維結(jié)構(gòu)特征和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方式及其天然激動劑鞘氨醇-1-磷酸和臨床藥物芬戈莫德的結(jié)構(gòu)來說明藥物分子與受體結(jié)合的激動性和藥效

4、性。第二章節(jié)我們分別介紹了本文所用的定量構(gòu)效關(guān)系、分子對接和分子動力學(xué)三種研究方法，從整體上來介紹各方法原理和實(shí)施步驟。第三章節(jié)在對107個化合物分子分別疊加到兩個分子公共骨架之后，通過采用不同的分子場描述符構(gòu)建出相應(yīng)的CoMFA、區(qū)域集中CoMFA和CoMSIA模型，并對模型評價參數(shù)進(jìn)行比對確定出相應(yīng)的最優(yōu)模型。然后通過分別分析CoMFA、區(qū)域集中CoMFA和CoMSIA模型的等值圖來進(jìn)一步解釋高活性化合物81與低活性化合物67在不同

5、取代位置上取代基對分子生物活性值的貢獻(xiàn)。依據(jù)各類最優(yōu)模型，我們預(yù)測出所有化合物的生物活性值，并通過預(yù)測相關(guān)系數(shù)（rpred2）對相應(yīng)模型進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證模型的優(yōu)劣并確定出最適模型。第四章節(jié)我們在薛定諤軟件中用Protein Preparation Wizard模塊對S1P1受體高分辨率的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，用LigPrep模塊對化合物81和67產(chǎn)出配體分子的多種構(gòu)象態(tài)，然后分別用Glide和Induced Fit方法對配體分子和S1P1

6、受體做SP和XP兩種精度的對接。對打分較高的配體-受體復(fù)合物進(jìn)行比較確定最優(yōu)的一個，并以此來分析小分子與蛋白質(zhì)殘基之間各種相互作用力，來驗(yàn)證分子活性與分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。第五章節(jié)我們對有配體和無配體綁定的S1P1受體在NAMD平臺上運(yùn)行分子動力學(xué)，來進(jìn)一步揭示配體分子與受體上重要?dú)埢嗷プ饔?，以及高活性化合物與個別殘基所特有的相互作用模式。
　　通過系統(tǒng)細(xì)致的比較分析，我們確定吡唑-噁二唑類衍生物在R1和R2取代位置上的基團(tuán)柔性和

7、電性對分子的生物活性的影響顯著。在高活性化合物81-S1P1受體對接后復(fù)合物中，跨膜螺旋上殘基L1283.36、L2726.51、F2736.52、L2766.55、C2067.43、T2077.44、C2067.43、F2107.47和A3007.43圍成的疏水區(qū)域與配體上的疏水尾巴形成致密的疏水相互作用，同時被廣泛認(rèn)為是激活開關(guān)的殘基W2696.48與F2656.44和F2736.52三者之間形成大的π-π共軛體系。這顯著地提高了化