【摘要】：研究生物大分子動態(tài)行為、有機小分子構(gòu)象以及兩者之間的相互識別、相互作用是基于機理的藥物發(fā)現(xiàn)的重要方向。有機分子和/或生物大分子的構(gòu)象搜索是研究并改造化合物結(jié)構(gòu)和調(diào)控相應(yīng)大分子生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。本論文第一章從化學(xué)小分子和生物大分子兩個方面具體闡述了構(gòu)象搜索的原則、結(jié)構(gòu)來源、搜索策略以及構(gòu)象收斂的標準。有機小分子初始三維構(gòu)象主要可以CSD晶體數(shù)據(jù)庫或者PDB晶體數(shù)據(jù)庫中獲得,新發(fā)展的核磁共振(NMR)方法可以獲得分子的構(gòu)象集合,也可以利用分子模擬軟件計算生成。有機小分子構(gòu)象搜索算法主要包括系統(tǒng)搜索、片段連接、距離幾何、遺傳算法、蒙特卡洛(MC)和分子動力學(xué)(MD)方法。生物大分子構(gòu)象則主要來源于PDB結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫。X-ray晶體衍射、NMR和冷凍電鏡技術(shù)是得到大分子構(gòu)象的常用方法,X-ray晶體衍射是最主要的方法。生物大分子的構(gòu)象搜索主要方法是基于分子力場的分子模擬,包括MC和MD模擬等。本章描述了幾種增強采樣的方法,其中包括副本交換、傘形抽樣、準靜態(tài)動力學(xué)、局部增強采樣和拉伸動力學(xué)等模擬方法。后續(xù)幾章中大量應(yīng)用到了不同類型的構(gòu)象搜索算法。近來一些研究證明絲氨酸合成途徑是連接癌癥和合成代謝的關(guān)鍵點。而磷酸甘油酸脫氫酶(PHGDH)是絲氨酸合成過程中的關(guān)鍵的限速酶,很多研究報道它在很多腫瘤中過表達。PHGDH已經(jīng)成為治療腫瘤的潛在靶點,2016年起很多文獻中報道了一些針對于PHGDH的小分子抑制劑。為了發(fā)現(xiàn)新穎的PHGDH抑制劑,我們綜合利用藥效團篩選、分子對接和化學(xué)信息學(xué)的方法對PHGDH進行了虛擬藥物篩選。我們購買了126個化合物用于生物活性測試,結(jié)果發(fā)現(xiàn)了4個化合物活性相對好,其中140號化合物最好,它的IC50為19μM。進一步的結(jié)合模式分析說明140、154和92號化合物與NAD+有類似的結(jié)合構(gòu)象,分析了它們初步的構(gòu)效關(guān)系,在此基礎(chǔ)上指出了140號化合物結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方向。很多研究表明,磷酸甘油酸變位酶(PGAM1)在多種人類癌癥細胞中表達量較高。了解它的催化機制有助于靶向PGAM1的腫瘤治療。我們對現(xiàn)有PGAM1和其同源蛋白的晶體結(jié)構(gòu)進行比較,發(fā)現(xiàn)C端部分結(jié)構(gòu)缺失。我們推測C端可以發(fā)生構(gòu)象變化,且其構(gòu)象變化在PGAM1催化循環(huán)過程中扮演重要角色。Disprot程序從序列出發(fā)預(yù)測C端部分區(qū)域是固有無序結(jié)構(gòu)。MC模擬結(jié)果說明C端可以呈現(xiàn)出很多構(gòu)象。常規(guī)MD模擬和副本交換分子動力學(xué)(REMD)模擬進一步說明C端構(gòu)象的變化可以使PGAM1整體由閉合態(tài)到開放態(tài)的轉(zhuǎn)變。在PGAM1與2,3-BPG復(fù)合物中,C端可以呈現(xiàn)出穩(wěn)定的閉合構(gòu)象。同時我們觀察PGAM1可以在開放狀態(tài)下結(jié)合2,3-BPG,暗示C端構(gòu)象不影響酶的磷酸化反應(yīng)。通過計算蛋白質(zhì)表面電勢,發(fā)現(xiàn)了催化口袋呈現(xiàn)較強正電性,靶向活性口袋設(shè)計抑制劑并不容易。我們用理論模擬方法闡明了PGAM1的C端構(gòu)象變化,觀察到C端構(gòu)象變化引起PGAM1由閉合狀態(tài)到開放狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。通過構(gòu)象變化和結(jié)合口袋電勢分析,提出了PGAM1抑制劑的設(shè)計策略,也為PGAM1及其同源蛋白催化機理、生理功能的研究提供了參考。表觀遺傳學(xué)已經(jīng)成為生命科學(xué)領(lǐng)域最熱門的方向之一。其中,DNA的甲基化與很多疾病的發(fā)生和發(fā)展相關(guān)。張良教授最近解析了兩段雙鏈DNA寡核苷酸的晶體結(jié)構(gòu),其中一個結(jié)構(gòu)包含5-甲�；奏�(5-formylcytosine,5fC),另外一個結(jié)構(gòu)中包含5-羧基胞嘧啶(5-carboxycytosine,5caC)。晶體結(jié)構(gòu)顯示含5fC的DNA結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)A構(gòu)型,而含5caC的DNA結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)B型。為了探究5fC和5caC是否可以影響DNA的結(jié)構(gòu),以及TDG如何識別這兩種堿基,我們利用MD模擬了含修飾堿基的DNA結(jié)構(gòu)以及DNA與TDG的復(fù)合物。結(jié)果顯示含有5fC和5caC的DNA在模擬過程中均變?yōu)榱朔�(wěn)定的B構(gòu)型,修飾的堿基對附近DNA的結(jié)構(gòu)有一定影響。其中最明顯的影響是讓DNA的小溝寬度變大,5caC的影響比5fC大。另外從對TDG的模擬中,我們發(fā)現(xiàn)198-204這段loop通過擺動可以形成兩種明顯的構(gòu)象。我們進一步模擬了TDG與含有修飾堿基DNA的復(fù)合物,結(jié)果顯示201位賴氨酸可以與5caC的羧基形成穩(wěn)定的氫鍵,卻無法與5fC的羰基形成。275位的精氨酸是堿基翻轉(zhuǎn)的關(guān)鍵氨基酸,對DNA的構(gòu)象有較大影響。模擬結(jié)果很好地解釋了TDG對兩種氧化形式的修飾堿基識別機制的區(qū)別,為TDG對不同修飾堿基的識別以及催化機制的進一步研究提供了有利支持。
[Abstract]:......
【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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本文編號：2329354