【摘要】：序列/結(jié)構(gòu)一功能的關(guān)系問題是生命科學(xué)中的核心問題之一。蛋白質(zhì)、DNA、RNA并沒有豐富的構(gòu)成元素,蛋白質(zhì)僅由20種氨基酸組成,DNA、 RNA分別由4種類型的核苷酸組成,但其所有可能的序列卻異常繁復(fù),序列空間中的序列數(shù)隨序列長度呈指數(shù)上升。極大的序列空間蘊(yùn)含著無窮的可能性,使得生命活動(dòng)以蛋白質(zhì)、DNA、RNA等基礎(chǔ),呈現(xiàn)出復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制和功能。作為人類對(duì)生命活動(dòng)的調(diào)控,藥物分子能夠完成對(duì)疾病、繁殖等新陳代謝的調(diào)控,藥物主要源自人工合成的化合物分子庫�；衔锓肿訋靸�(nèi)豐富的化合物使得人類尋找具有特定性能的藥物分子成為可能。因此,如何從生物相空間(蛋白質(zhì)、DNA、RNA序列空間,藥物分子空間等)尋找具有特定功能的分子是個(gè)非常重要的課題。本論文主要探討如何利用計(jì)算機(jī)模擬方法對(duì)生物相空間進(jìn)行搜索,分別是對(duì)RNA序列空間進(jìn)行搜索得到具有特定小分子結(jié)合能力的適配體序列和對(duì)OGT蛋白酶在化合物分子庫進(jìn)行虛擬篩選和分子設(shè)計(jì)以獲得其抑制劑。適配體是指一種能特異性地高強(qiáng)度識(shí)別靶標(biāo)的短鏈DNA或RNA,其序列是通過指數(shù)富集的配體系統(tǒng)進(jìn)化技術(shù)(SELEX),從人工合成的寡核苷酸序列庫中篩選得到的。SELEX技術(shù)的發(fā)展使得SELEX的應(yīng)用范圍和效率獲得極大提高,其靶標(biāo)也從小分子,金屬離子擴(kuò)展到蛋白質(zhì)、細(xì)胞等,但也有諸如耗時(shí)、低效等不足。概括地說SELEX方法面臨初始序列庫對(duì)篩選結(jié)果存在重大影響即如何設(shè)計(jì)初始序列庫以提高適配體的發(fā)現(xiàn)概率,對(duì)序列空間的搜索比例極低,SELEX的工作機(jī)制不明確,如何優(yōu)化已發(fā)現(xiàn)適配體等問題。我們提出SELEX in silico方法并在序列空間中以茶堿結(jié)合能力為目標(biāo)進(jìn)行適配體搜索。首先我們對(duì)序列空間內(nèi)所有序列進(jìn)行二級(jí)結(jié)構(gòu)分析,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)序列無法折疊成為目標(biāo)二級(jí)結(jié)構(gòu),只有極少數(shù)的序列的最低自由能結(jié)構(gòu)為目標(biāo)二級(jí)結(jié)構(gòu)。我們收集這些能夠以較低的自由能壘形成目標(biāo)二級(jí)結(jié)構(gòu)的序列進(jìn)行第二步虛擬篩選。在基于分子動(dòng)力學(xué)的虛擬篩選過程中,我們不斷延長模擬時(shí)間,依據(jù)RNA同茶堿的結(jié)合穩(wěn)定性、氫鍵數(shù)目、結(jié)合自由能將決定序列是否進(jìn)入下一輪的篩選中,經(jīng)五輪篩選后得到六條同原始茶堿適配體具有相近結(jié)合自由能的新適配體。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,S1同茶堿的結(jié)合能力為Kd＝0.16μM,而原始茶堿適配體序列的Kd為0.32μM,這表明SELEX in silico方法成功地從序列空間中搜索得到具有茶堿結(jié)合能力的新適配體序列。在第二步虛擬篩選過程中,序列同茶堿結(jié)合能力不斷增強(qiáng),通過對(duì)序列比對(duì)分析,我們描述出針對(duì)茶堿結(jié)合的序列富集過程,揭示結(jié)合口袋周圍不同堿基對(duì)茶堿結(jié)合的貢獻(xiàn),同時(shí)我們還發(fā)現(xiàn)幾種全新的三堿基對(duì)。此外,我們還繪制出以茶堿結(jié)合能力為指標(biāo)的fitness landscape并研究了fitness peaks間的演化路徑。小分子數(shù)據(jù)庫作為虛擬篩選的輸入(Input),準(zhǔn)確快速地搜索全構(gòu)象空間和評(píng)價(jià)結(jié)合模式即Computational Docking/Scoring (Process),在虛擬篩選結(jié)果的基礎(chǔ)上優(yōu)化或設(shè)計(jì)藥物分子(Output)是藥物虛擬篩選的三部曲。提高藥物虛擬篩選的效率和準(zhǔn)確性一般都從這三方面考慮,即小分子庫設(shè)計(jì)、對(duì)接方法改進(jìn)和結(jié)合能力評(píng)價(jià)、虛擬篩選結(jié)果分析和后設(shè)計(jì)。FOG算法是在已批準(zhǔn)藥物分子數(shù)據(jù)庫上進(jìn)行片段訓(xùn)練和分析,得到各個(gè)片段間的鏈接概率,并依此進(jìn)行分子優(yōu)化和生長,最終產(chǎn)生具有類藥性(druglikeness)的化合物庫。為研究FOG庫是否為優(yōu)秀的虛擬篩選輸入庫,我們?cè)贠GT抑制劑篩選時(shí)對(duì)比FOG庫和ZINC庫,發(fā)現(xiàn)在XP對(duì)接階段,FOG庫包含更多具有更低docking score的化合物。同時(shí)FOG庫中docking score較低的分子之間存在更多的新穎的化學(xué)片段,這為后續(xù)的藥物設(shè)計(jì)提供新的工具。我們?cè)赯INC庫分子篩選結(jié)果分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行ZINC庫分子片段鏈接設(shè)計(jì)出新的分子并通過建立分子動(dòng)力學(xué)和結(jié)合自由能計(jì)算來改進(jìn)藥物分子同OGT結(jié)合能力的評(píng)價(jià)方式。我們?cè)诜治鯫GT抑制劑的ZINC小分子數(shù)據(jù)庫篩選數(shù)據(jù)庫時(shí)發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)化學(xué)片段存在明顯地積聚現(xiàn)象,由此我們從片段積聚現(xiàn)象出現(xiàn)進(jìn)行基于位置的片段聚類和片段組合連接以構(gòu)成新的分子即基于片段集聚現(xiàn)象的聚類重組設(shè)計(jì)藥物分子(Fragment Agglomeration Clustered Linkage)。以O(shè)GT為例,FACL設(shè)計(jì)的化學(xué)物其docking score為-14.59,已經(jīng)較為接近UDP(-14.10),遠(yuǎn)優(yōu)于從ZINC中的最好ZINC-32 (-11.49)。FACL算法能夠從虛擬篩選結(jié)果的大數(shù)據(jù)出發(fā)得到各基礎(chǔ)化學(xué)片段在結(jié)合口袋內(nèi)的最概然位置,結(jié)合口袋對(duì)化學(xué)片段的選擇性以及產(chǎn)生針對(duì)確定蛋白質(zhì)結(jié)合口袋內(nèi)環(huán)境的適應(yīng)性分子庫,設(shè)計(jì)出具有更好結(jié)合能力的先導(dǎo)化合物。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ460.1
【圖文】：

機(jī)染劑結(jié)合的ＲＮＡ分子，并將其命名為適配體。適配體具有和抗體類似的＂對(duì)逡逑特定分子辨識(shí)＂的特性，并且能設(shè)計(jì)在試管中、能快速的利用化學(xué)方法合成、逡逑治療應(yīng)用上無免疫原性等優(yōu)勢(shì)，常被應(yīng)用在生物技術(shù)與治療等方面。圖１．２所示逡逑為常見的適配體及其結(jié)合參數(shù)［４］。逡逑Ｌｉａｎｄ邐Ｎｕｃｌｅｉｃ邋ａｃｉｄ＊邋ＡｆｆｉｎｉｘＭ

Ｓｃｉｅｎｃｅ．邋ＭＯＳ邋Ｎｏｖｅｍｂｅｒ邋２１：３口。…５）：邋口邋１１－１２１７邐ｃｃＴＡｒＴＣＣＧＣＣＡＣＣＡｒｗｃｃｃｃｒｃ．ｒｒｃＴＴＧｒｒｃ．ＴＴＧＴｃ逡逑圖１．１生物相空間中的蛋白質(zhì)／核酸／配體示意圖逡逑機(jī)染劑結(jié)合的ＲＮＡ分子，并將其命名為適配體。適配體具有和抗體類似的＂對(duì)逡逑特定分子辨識(shí)＂的特性，并且能設(shè)計(jì)在試管中、能快速的利用化學(xué)方法合成、逡逑治療應(yīng)用上無免疫原性等優(yōu)勢(shì)，常被應(yīng)用在生物技術(shù)與治療等方面。圖１．２所示逡逑為常見的適配體及其結(jié)合參數(shù)［４］。逡逑Ｌｉｇａｎｄ邐Ｎｕｃｌｅｉｃ邋ａｃｉｄ＊邋Ａｆｆｉｎｉｔｙ邋［｜ｘＭ］逡逑Ｔｈｅｏｐｈｙｌｌｉｎｅ邐ＲＮＡ邋（４）邐？０．３逡逑ＦＭＮ邐ＲＮＡ邋（６）邐？０．５逡逑ＡＭＰ邐ＤＮＡ邋巧）邐？６逡逑ＲＮＡ邋（８）邐？１０逡逑Ａｒｇｉｎｉｎｅ邐２邋ＤＮＡ邋（７巧邐？１２５逡逑ＲＮＡ邋（Ｗ）邐？說逡逑曰ｔｒ山ｌｉｎｅ邐ＲＮＡ邋＼ｌ６）邐￣６５逡逑Ｔｏｂｒａｍｙｃｉｎ邐２邋ＲＮＡ邋（２５）邐￣邋江００９逡逑？０．０１２逡逑Ｎｅｏｍｙｃｉｎ邋Ｂ邐ＲＮＡ邋（２６）邐？０．１１５逡逑ＨＩＶ－１邋Ｒｅｖ邋ｐｅｐｔｉｄｅ邐２邋ＲＮＡ邋（４０）邐？０．００４逡逑ＨＴＬＶ－１邋Ｒｅｘ邋ｐ巧ｔｉｄｅ邐ＲＮＡ邋（４３）邐？０．０２５逡逑Ｔｈｒｏｍｂｉｎ邐ＤＮＡ邋（４７）邐？０．０２５逡逑圖１．２常見的適配體逡逑適配體主要通過ＳＥＬＥＸ方法進(jìn)行篩選獲得，主要流程如圖１．３所示。ＳＥ－逡逑ＬＥＸ的基本思路是首先人工合成單鏈寡核昔酸庫作為初始序列庫（Ｕｂｒａｒｙ），逡逑后將它與祀標(biāo)混合并脾育一段時(shí)間

發(fā)過程中的所有應(yīng)用，包含信息分析技術(shù)、數(shù)據(jù)處理過程等；而通常意義上的逡逑ＣＡＤＤ僅指基于分子模擬（計(jì)算化學(xué)）的分子設(shè)計(jì)技術(shù)，又可分為基于受體結(jié)構(gòu)逡逑的藥物設(shè)計(jì)（ｒｅｃｅｐｔｏｒ－ｂａｓｅｄ邋ｏｒ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ－ｂａｓｅｄ邋ｄｒｕｇ邋ｄｅｓｉｇｎ，邋ＳＢＤＤ）［５］和基于配體的逡逑藥物設(shè)計(jì)（ｌｉｇａｎｄ－ｂａｓｅｄ邋ｄｒｕｇ邋ｄｅｓｉｇｎ，ＬＢＤＤ）拘。ＳＢＤＤ從受體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)出發(fā)逡逑尋找可Ｗ與其特異結(jié)合的配體分子，所Ｗ也稱為直接藥物設(shè)計(jì)，包括基于受體逡逑結(jié)構(gòu)的分子對(duì)接、活性位點(diǎn)分析、從頭藥物設(shè)計(jì)（生長或連接算法）等具體方法：逡逑ＬＢＤＤ根據(jù)己知活性的先導(dǎo)分子，構(gòu)建結(jié)構(gòu)－活性關(guān)系或藥效基團(tuán)模型，稱為間逡逑接藥物設(shè)計(jì)，包括定量構(gòu)效關(guān)系（ＱＳＡＲ）、藥效基團(tuán)模型、受體映射、基于分子逡逑形狀的疊合等具體的方法。在實(shí)際工作中，根據(jù)己知信息的多少可Ｗ選擇相應(yīng)逡逑的研巧方法，當(dāng)然己知信息越多越準(zhǔn)確的時(shí)候，結(jié)果就越可靠。高通量虛擬篩逡逑選（Ｈｉｇｈ邋Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ邋Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ，邋ＨＴＳ）邋［７］是ＳＢＤＤ中的重要組成部分。小分子逡逑數(shù)據(jù)庫作為虛擬篩選的輸入（Ｉｎｐｕｔ），準(zhǔn)確快速地搜索全構(gòu)象空間和評(píng)價(jià)結(jié)含逡逑模式即Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ邋Ｄｏｃｋｉｎｇ／Ｓｃｏｒｉｎｇ邋（Ｐｒｏｃｅｓｓ），在虛擬篩選結(jié)果的基礎(chǔ)上優(yōu)逡逑化或設(shè)計(jì)藥物分子（Ｏｕｔｐｕｔ）是藥物虛擬篩選的Ｓ部曲。提高藥物虛擬篩選的逡逑效率和準(zhǔn)確性一般都從送Ｈ方面考慮，即小分子庫設(shè)計(jì)、對(duì)接方法改進(jìn)和結(jié)合逡逑

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王巍;賈凌云;;適配體篩選方法研究進(jìn)展[J];分析化學(xué);2009年03期

2 謝海燕;陳薛釵;鄧玉林;;核酸適配體及其在化學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用[J];化學(xué)進(jìn)展;2007年06期

3 屈鋒;劉允;任肖敏;趙新穎;張經(jīng)華;;毛細(xì)管電泳在核酸適配體研究及核酸適配體篩選中的應(yīng)用[J];化學(xué)進(jìn)展;2009年Z2期

4 趙強(qiáng);樂曉春;;核酸適配體親和色譜的研究進(jìn)展[J];色譜;2009年05期

5 朱靜;黃勇;蔣小平;譚鐘揚(yáng);蔣健暉;沈國勵(lì);俞汝勤;;基于核酸適配體-質(zhì)粒DNA復(fù)合物信號(hào)放大的熒光免疫傳感技術(shù)[J];分析化學(xué);2009年11期

6 ;生物分析中的核酸適配體[J];分析化學(xué);2012年05期

7 李瑜;王源升;于斌;張靜秋;董瑞;;核酸適配體在光生化檢測中的應(yīng)用[J];廣州化工;2012年14期

8 王周平;張維瀟;;適配體及其研究進(jìn)展[J];食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào);2013年09期

9 ;《核酸適配體手冊(cè)》[J];分析化學(xué);2013年12期

10 李曉佩;楊良嶸;黃昆;李文松;孫西同;劉會(huì)洲;;核酸適配體在生化分離及檢測領(lǐng)域中的研究進(jìn)展[J];化工學(xué)報(bào);2013年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 蔡圣;劉彩云;盧建忠;;基于核酸適配體和酶循環(huán)放大的腺苷化學(xué)發(fā)光檢測[A];中國化學(xué)會(huì)第十屆全國發(fā)光分析學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2011年

2 陳巍;趙新穎;屈鋒;;毛細(xì)管電泳法篩選蛋白質(zhì)的核酸適配體的初步研究[A];全國生物醫(yī)藥色譜學(xué)術(shù)交流會(huì)（2010景德鎮(zhèn)）論文集[C];2010年

3 楊曉娟;邴濤;梅宏成;上官棣華;;核酸適配體用于手性拆分L型和D型色氨酸[A];全國生物醫(yī)藥色譜學(xué)術(shù)交流會(huì)（2010景德鎮(zhèn)）論文集[C];2010年

4 鄭冬梅;婁新徽;;一種基于結(jié)構(gòu)開關(guān)型適配體的無標(biāo)記熒光傳感法[A];中國化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第9分會(huì)場摘要集[C];2012年

5 薛利云;周小明;邢達(dá);;基于核酸適配體探針和酶輔助熒光信號(hào)擴(kuò)增的等溫高靈敏度蛋白檢測方法[A];中國光學(xué)學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)大會(huì)摘要集[C];2011年

6 馬文韜;古力;屈鋒;;毛細(xì)管電泳篩選大腸桿菌適配體的初步研究[A];全國生物醫(yī)藥色譜學(xué)術(shù)交流會(huì)（2010景德鎮(zhèn)）論文集[C];2010年

7 梁好均;徐華國;鄧偉;;核酸適配體鏈構(gòu)象轉(zhuǎn)變的研究[A];2014年兩岸三地高分子液晶態(tài)與超分子有序結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)研討會(huì)摘要集[C];2014年

8 王曉芳;程琳;耿霞;趙強(qiáng);;基于適配體修飾的磁珠和量子點(diǎn)熒光法檢測凝血酶[A];中國化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第9分會(huì)場摘要集[C];2012年

9 汪海林;章大鵬;;單核苷水平核酸適配體與蛋白質(zhì)相互作用分析[A];中國化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第9分會(huì)場摘要集[C];2012年

10 溫桂清;范燕燕;梁愛惠;蔣治良;;核酸適配體納米金共振散射光譜檢測血清中鉀離子[A];中國化學(xué)會(huì)第十五屆全國有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2009年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 潘文;核酸適配體在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊[N];中國醫(yī)藥報(bào);2010年

2 于洋　田野;蛋白質(zhì)檢測有了新方法[N];吉林日?qǐng)?bào);2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 黃玉坤;基于核酸適配體識(shí)別-時(shí)間分辨熒光納米探針的生物毒素檢測方法研究[D];江南大學(xué);2015年

2 陳霞;功能核酸的篩選及在分析檢測中的應(yīng)用[D];武漢大學(xué);2012年

3 林雪霞;微流控芯片與可控適配體技術(shù)用于細(xì)胞代謝物分析及其相互作用的研究[D];北京化工大學(xué);2015年

4 周慶同;生物相空間中的適配體和藥物虛擬篩選[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

5 郭業(yè)民;基于適配體傳感器的牛奶中抗生素殘留快速檢測技術(shù)研究[D];東北農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

6 嚴(yán)喜鸞;基于核酸適配體化學(xué)發(fā)光檢測新技術(shù)的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2009年

7 胡獻(xiàn)剛;新興適配體在高效凈化/診斷環(huán)境與生物體內(nèi)污染物的特點(diǎn)及其機(jī)理[D];南開大學(xué);2012年

8 譚譽(yù)宇;腫瘤細(xì)胞核酸適配體的篩選與序列優(yōu)化及其應(yīng)用研究[D];湖南大學(xué);2014年

9 陳秀娟;鐮刀菌毒素核酸適配體的篩選及分析應(yīng)用研究[D];江南大學(xué);2015年

10 何婧琳;基于構(gòu)象轉(zhuǎn)換和聚合酶反應(yīng)的核酸適配體傳感分析方法及應(yīng)用研究[D];湖南大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張?jiān)聜b;蛋白質(zhì)寡核苷酸適配體的篩選與應(yīng)用研究[D];山東師范大學(xué);2009年

2 李慧玲;BHL DNA適配體對(duì)銅綠假單胞菌群體感應(yīng)系統(tǒng)抑制作用的研究[D];福建醫(yī)科大學(xué);2015年

3 劉金釧;適配體納米金比色法靈敏度影響因素研究及其在食品安全檢測中的應(yīng)用[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2015年

4 于連元;核酸適配體修飾的納米顆粒在腫瘤靶向免疫治療及靶向熱療中的應(yīng)用[D];北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院;2015年

5 趙變軍;基于適配體特異性作用的乳腺癌細(xì)胞表面多種腫瘤標(biāo)記物同時(shí)檢測的新方法研究[D];南京師范大學(xué);2015年

6 喬醴峰;基于核酸適配體的β-葡萄糖醛酸苷酶一步純化固定化研究及其應(yīng)用[D];石河子大學(xué);2015年

7 呂莉;基于適配體的酶聯(lián)吸光度法檢測血小板衍生生長因子-BB[D];山西大學(xué);2015年

8 陳艷霞;核酸適配體/小檗堿熒光體系的構(gòu)筑及分析應(yīng)用[D];山西大學(xué);2015年

9 呂琴;基于熒光標(biāo)記適配體的熒光各向異性法檢測小分子[D];山西大學(xué);2015年

10 朱志玲;基于核酸適配體的赭曲霉毒素A SPR檢測技術(shù)研究[D];北京化工大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2774095