發(fā)布時(shí)間：2018-01-23 23:25

  本文關(guān)鍵詞： 分子對接 EV71 3C蛋白酶 登革熱 NS2B/NS3蛋白酶 分子動力學(xué) PRMT5　出處：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海藥物研究所)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：藥物研發(fā)的過程中,分子對接對于發(fā)現(xiàn)和改造活性化合物非常重要。分子對接是通過計(jì)算模擬蛋白質(zhì)與小分子相互作用方式的一種方法。隨著計(jì)算方法的不斷優(yōu)化,分子對接的準(zhǔn)確性也大大提高。因其快速和有效性,分子對接已被廣泛運(yùn)用到大規(guī)模篩選小分子的科學(xué)研究過程中。對于大部分的體系,分子對接都可以得到比較理想的結(jié)果。針對EV71 3C蛋白酶和PRMT5甲基轉(zhuǎn)移酶兩個(gè)靶標(biāo),我們使用分子對接方法成功地找到了骨架新穎的活性化合物。而登革熱NS2B/NS3蛋白酶催化口袋非常平坦且極性較強(qiáng),不適合使用分子對接方法進(jìn)行篩選。因此,我們使用了基于配體的虛擬篩選方法。合理地選用虛擬篩選方法對于成功開發(fā)靶標(biāo)抑制劑至關(guān)重要。本論文第一章首先介紹了分子對接的基本流程,接著介紹柔性對接和共價(jià)對接近期發(fā)展的進(jìn)程以及需要改進(jìn)的方向,最后介紹了打分函數(shù),特別是機(jī)器學(xué)習(xí)方法在打分函數(shù)方面的應(yīng)用,并將機(jī)器學(xué)習(xí)的打分函數(shù)與傳統(tǒng)打分函數(shù)在打分能力、對接能力、排序能力以及篩選能力四個(gè)方面進(jìn)行了比較。通過我們對目前分子對接方面的進(jìn)展的介紹,將有助于藥物設(shè)計(jì)者了解各對接軟件的優(yōu)缺點(diǎn),根據(jù)實(shí)際需要挑選合適的對接軟件。另外,也有利于進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展分子對接軟件。本論文第二章介紹了靶向EV71 3C蛋白酶的抑制劑設(shè)計(jì)以及相關(guān)生物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程。由EV71病毒引起的手足口病會使患者產(chǎn)生嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥。EV71 3C蛋白酶是治療手足口病的一個(gè)重要靶標(biāo)。本章中,我們首先使用分子對接方法篩選得到了一個(gè)活性化合物DC07090,其IC50值為21.72μM。分子對接和動力學(xué)模擬預(yù)測了小分子的結(jié)合模式,并通過突變實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了結(jié)合模式的正確性。通過序列比對,我們發(fā)現(xiàn)與DC07090結(jié)合的氨基酸在小RNA病毒家族非常保守�？共《緦�(shí)驗(yàn)結(jié)果表明DC07090對EV71和CVA16兩種病毒都有抗病毒活性,EC50值分別為22.09μM和27.76μM�；衔顳C07090毒性比較小,CC50大于200μM。不同于現(xiàn)有的擬肽類和黃酮類抑制劑,我們發(fā)現(xiàn)的小分子DC07090骨架結(jié)構(gòu)新穎,且毒性小,具有更好的研究前景。本論文第三章介紹了靶向登革熱NS2B/NS3蛋白酶設(shè)計(jì)抑制劑的相關(guān)研究工作。登革熱NS2B/NS3蛋白酶對病毒的復(fù)制至關(guān)重要,是研究抗登革熱病毒抑制劑的主要靶標(biāo)。NS2B/NS3蛋白酶催化口袋比較淺且極性較大,不適合分子對接虛擬篩選,所以采用了基于配體的虛擬篩選方法。首先進(jìn)行了數(shù)據(jù)收集,將其分成訓(xùn)練集和測試集,建立了藥效團(tuán)模型ADRR261,并驗(yàn)證了該藥效團(tuán)模型的正確性。富集率測試結(jié)果表明該藥效團(tuán)模型對活性分子有很好的區(qū)分能力。接著,使用該藥效團(tuán)模型對SPECS數(shù)據(jù)庫進(jìn)行篩選,得到一個(gè)活性分子DC16,其IC50為14.8μM。根據(jù)結(jié)構(gòu)相似性,找到了3個(gè)活性更好的化合物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,這四個(gè)活性化合物都能抑制登革熱病毒的復(fù)制,其中DC16的抗病毒活性EC50為6.82μM。但是這類化合物具有一定的毒性,有待進(jìn)一步優(yōu)化改造。在本研究中,我們使用藥效團(tuán)模型,發(fā)現(xiàn)了一類具有新骨架的登革熱NS2B/NS3蛋白酶抑制劑,研究成果有助于該類抗病毒藥物的發(fā)展。本論文第四章介紹了靶向PRMT5抑制劑的設(shè)計(jì)及相關(guān)研究工作。蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶5(Protein arginine methyltransferase 5,PRMT5)在一些腫瘤細(xì)胞中過表達(dá),抑制PRMT5成為治療癌癥的一種重要方法。首先,我們建立了分子對接的虛擬篩選模型,并測試了模型的區(qū)分能力。利用該模型,發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新型骨架抑制劑DC_P33,其IC50為35.6μM。根據(jù)結(jié)構(gòu)相似性,找到了14個(gè)類似物。通過分析結(jié)合模式和構(gòu)效關(guān)系,進(jìn)一步改造化合物。接著,合成了19個(gè)衍生物�；钚宰詈玫幕衔餅镈C_C01,其IC50為2.8μM。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)DC_C01對PRMT5有較高的選擇性。最后,細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明DC_C01對三種腫瘤細(xì)胞系Z-138、Maver-1和Jeko-1都具有抗增殖活性,其EC50分別為12.7μM、12.7μM、和10.5μM。因此,我們發(fā)現(xiàn)的小分子豐富了靶向PRMT5的特異性抑制劑骨架,為進(jìn)一步優(yōu)化和改造化合物提供了一些思路。
[Abstract]:The process of drug development, molecular docking for discovery and improvement of active compounds is very important. Molecular docking is through a simulation method of protein and small molecular interaction mode. With the continuous optimization calculation method, the accuracy of molecular docking is also greatly improved. Because of its rapid and effective, has been widely applied to molecular docking large scale screening of small molecules in scientific research. For most of the molecular docking system, can get ideal results. According to the EV71 3C protease and PRMT5 methyltransferase two target, we used molecular docking method successfully found the activity of novel compounds of the skeleton. The catalytic pocket dengue NS2B/NS3 protease is very flat and polar strong, not suitable for the use of molecular docking method for screening. Therefore, we use virtual screening method based on reasonable selection of ligands. The use of virtual screening methods for the successful development of target is very important. The first chapter of this thesis first introduces the basic process of molecular docking, and then introduces the recent development of flexible docking and covalent docking process and the direction of improvement, finally introduces the scoring function, especially the application of machine learning methods in the scoring function, and docking capability the scoring function of machine learning and traditional scoring function in scoring ability, the four aspects of ordering and screening ability were compared. Through our current progress in molecular docking of the drug will help designers to understand the advantages and disadvantages of the docking software, according to the selection of appropriate docking software actual needs. In addition, too is conducive to the further improvement and development of molecular docking software. The second chapter of this paper introduces the design of EV71 protease inhibitors targeting 3C and related Biological experiments. Caused by the EV71 virus of HFMD patients will produce neurological complications of severe.EV71 3C protease is an important target for the treatment of HFMD. In this chapter, we first use molecular docking method and screened a DC07090 active compounds, the IC50 predicted binding modes of small molecules the 21.72 M. molecular docking and dynamics simulation, and the correctness of the binding mode is verified by experiment. Mutations by sequence alignment, we found that the amino acid combined with DC07090 is very conservative in the small RNA virus family. The experimental results show that the DC07090 virus has antiviral activity against EV71 and CVA16 two kinds of viruses, EC50 respectively 22.09 M and 27.76 M. compound DC07090 toxicity is relatively small, CC50 more than 200 M. is different from the existing peptidomimetic and small molecule inhibitors of flavonoids, we found that the DC07090 skeleton node Novel structure, and little toxicity, with better prospects for research. The third chapter of this paper introduces the related research work targeting NS2B/NS3 protease inhibitors. The design of dengue dengue NS2B/NS3 protease is essential for viral replication, is the main target of the catalytic pocket.NS2B/NS3 protease inhibitor anti dengue virus is shallow and large polarity, not suitable for molecular docking virtual screening, so the use of virtual screening method based on ligand. First data collection, divided into training set and test set, established the ADRR261 pharmacophore model, and verifies the correctness of the pharmacophore model. The enrichment rate test results show that the pharmacophore model has a good ability to distinguish between activity molecular. Then, using the pharmacophore model of SPECS database screening, a reactive molecule DC16, its IC50 was 14.8 M. according to the structural similarity, find 3 active compounds to better. The experimental results show that the four compounds can inhibit dengue virus replication, the antiviral activity of EC50 DC16 6.82 M. but the compounds have certain toxicity, needs to be further optimized. In this study, we use the pharmacophore model, found inhibitors NS2B/NS3 a new dengue protease framework, research results contribute to the development of this kind of antiviral drugs. The fourth chapter of this paper introduces the design of targeted inhibitors of PRMT5 and related research work. The protein arginine methyltransferase 5 (Protein arginine 5 methyltransferase, PRMT5) is over expressed in some tumor cells, inhibition PRMT5 has become an important method for the treatment of cancer. Firstly, we established the model of virtual screening of molecular docking, and tested the ability to distinguish model. Using this model, found A new type of skeleton inhibitor DC_P33, its IC50 is 35.6 M. according to the structural similarity, found 14 analogues. By analyzing the mode and structure-activity relationship, further transformation of compounds. Then, 19 derivatives were synthesized. The activity of the compounds for the best DC_C01, IC50 2.8 M. DC_C01 has found high selectivity for PRMT5. Finally, the experimental results show that DC_C01 cells of three tumor cell lines Z-138, Maver-1 and Jeko-1 have antiproliferative activity, the EC50 were 12.7 M, 12.7 M and 10.5 M., therefore, we found a rich small molecule targeting specific inhibitor PRMT5. The paper provides some ideas for further optimization and improvement of compounds.

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海藥物研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：R91

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