蛋白質(zhì)配體結合位點柔性的系統(tǒng)分析及分子柔性對接方法的發(fā)展和應用.pdf

1、在藥物靶標確定和三維結構已知的情況下，基于受體結構的虛擬數(shù)據(jù)庫篩選方法利用分子對接技術自動地匹配受體結合腔穴和化合物數(shù)據(jù)庫中的小分子三維結構，然后利用基于分子力場的能量函數(shù)或者經(jīng)驗性函數(shù)對分子對接的模式進行打分，進而選擇與受體相互作用最好的一組化合物進行生物活性測試，從而大大節(jié)省了尋找先導化合物的費用和難度。盡管分子對接在先導化合物的尋找方面有許多成功的應用，但仍然存在很大的問題，其中忽略蛋白柔性常常是導致失敗的重要原因。由于蛋白質(zhì)受體

2、和配體小分子在分子識別過程中，配體結合位點會發(fā)生不同程度的構象變化，如何通過計算化學的方法去評估和預測配體結合位點殘基的構象柔性，縮小構象搜索的空間，一直是這個研究領域中具有挑戰(zhàn)性的一個重要問題。幸運的是，隨著結構生物學的發(fā)展，大量晶體結構的解析，為我們更好的理解分子識別和改進分子對接方法，提供了重要的資源和基礎。因此，我們建立了一個專門用于研究配體結合位點柔性的關系型數(shù)據(jù)庫Flex-Site DB(http://flexsite.hu

3、anglab.org.cn/flexsite)，包括5，525個配體小分子結合位點，每個結合位點都包含多套蛋白晶體結構數(shù)據(jù)描述不同的蛋白構象，總共30，313套晶體結構數(shù)據(jù)。Flex-Site DB提供的信息有助于研究蛋白質(zhì)配體結合位點的構象變化和蛋白質(zhì)與配體之間的相互作用，以及兩者之間的關系。同時，F(xiàn)lex-Site DB提供了配體結合位點的多個不同三維構象，結合位點殘基的物理和化學的性質(zhì)，以及蛋白質(zhì)和配體相互作用的描述符。通過蛋白質(zhì)

4、晶體結構構象變化的統(tǒng)計分析和多重時間尺度蒙特卡洛構象搜索的方法，我們系統(tǒng)研究了配體結合位點殘基的柔性狀況。大部分的配體結合位點在結合了相似結構的化合物時，構象變化較小;在結合了結構差異較大的化合物時，有顯著的構象變化，但主要是在殘基的側鏈水平。對于配體結合位點同一類型的極性殘基，能夠通過側鏈與配體小分子形成氫鍵的殘基，同側鏈不與配體形成氫鍵的殘基相比，更加剛性，突變率也更低。能與配體形成氫鍵相互作用的蛋白質(zhì)殘基側鏈剛性較強的原因可能是，

5、在與配體結合過程中，這類殘基不發(fā)生較大構象變化，從而減少熵的損失。我們的結果顯示，在先導化合物的發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化過程中，在大多數(shù)情況下只需要對少數(shù)幾個柔性較強的殘基進行側鏈的構象搜索。并且，我們通過多重時間尺度蒙特卡洛構象搜索的方法預測配體結合位點的柔性殘基的策略以及通過Flex-Site DB中鑒定到的柔性殘基，能直接促進我們對于柔性對接方法的發(fā)展。
　　 除了利用Flex-Site DB中殘基側鏈柔性的信息，我們使用多重時間尺度的

6、蒙特卡洛算法在沒有配體結合的情況下，對結合位點的殘基進行構象搜索，然后將搜索到的多個殘基構象整合到DOCK3.5.54的柔性對接算法中來模擬“構象選擇”的過程。此方法在10個不同的蛋白上進行了測試，總共做了20個對接。其中11個對接中都獲得較好的結果，而剛性對接只有6個得到較好的結果。我們挑選了PIM1(proviral integration site in Moloney)激酶作為我們應用柔性對接方法來虛擬篩選的實例。PIM1激酶是

7、與白血病和前列腺癌緊密相關的重要的藥物靶點蛋白。柔性對接不僅較好地重現(xiàn)PIM1激酶配體小分子的結合模式，而且還能提高陽性化合物的富集率。柔性對接在PIM1激酶上虛擬篩選了小規(guī)模的LOPAC小分子化合物庫，發(fā)現(xiàn)一個與PIM1形成很好相互作用的小分子硫利達嗪，是多巴胺受體D1/D2的選擇性拮抗劑，并通過測定半數(shù)抑制率確認了它是PIM1和PIM3微摩爾級別的結構新穎的抑制劑。另外，基于“誘導契合”學說，我們改進了柔性對接策略，在柔性對接生成的