GPCRs配體小分子的計算機模擬與藥物設計.pdf

1、作為生物體最基本的結構物質和功能物質的蛋白質，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為靶點，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是細胞表面的信號接收器，在與藥物分子結合后，會激活G蛋白將信號轉導到細胞核以作出響應。已獲FDA批準的藥物芬戈莫德，就是以GPCRs超家族成員鞘氨醇-1-磷酸受體-1（S1P1）受體為靶點，用來治療由自身免疫反

2、應而引發(fā)的神經疾病--多發(fā)性硬化癥（MS）。深入研究這類靶點的結構特征、與藥物分子的作用模式及構象變化方式，可以幫助我們開發(fā)出更好的新藥。由于GPCRs的重要性，2012年諾貝爾化學獎頒給了從事GPCRs研究的兩位美國科學家。
　　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-噁二唑為分子公共骨架進行疊合，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分析法（CoMSIA

3、）進行定量構效關系研究，以及Induced Fit分子對接法研究分子在活性位點的姿態(tài)，同時結合分子動力學對其作用機理進行研究。第一章節(jié)首先從本文的研究背景--蛋白質的結構層次來揭示蛋白質結構與功能關系的基礎，再通過GPCRs的拓撲結構和信號轉導機制來解釋此類蛋白在生命活動中的重要作用，最后我們根據最新解析的S1P1受體的三維結構特征和信號轉導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構來說明藥物分子與受體結合的激動性和藥效

4、性。第二章節(jié)我們分別介紹了本文所用的定量構效關系、分子對接和分子動力學三種研究方法，從整體上來介紹各方法原理和實施步驟。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建出相應的CoMFA、區(qū)域集中CoMFA和CoMSIA模型，并對模型評價參數進行比對確定出相應的最優(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。依據各類最優(yōu)模型，我們預測出所有化合物的生物活性值，并通過預測相關系數（rpred2）對相應模型進行進一步驗證模型的優(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構進行結構優(yōu)化，用LigPrep模塊對化合物81和67產出配體分子的多種構象態(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-受體復合物進行比較確定最優(yōu)的一個，并以此來分析小分子與蛋白質殘基之間各種相互作用力，來驗證分子活性與分子結構之間的關系。第五章節(jié)我們對有配體和無配體綁定的S1P1受體在NAMD平臺上運行分子動力學，來進一步揭示配體分子與受體上重要殘基相互作用，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，同時被廣泛認為是激活開關的殘基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