發(fā)布時(shí)間：2018-11-13 14:02

【摘要】：研究生物大分子動(dòng)態(tài)行為、有機(jī)小分子構(gòu)象以及兩者之間的相互識(shí)別、相互作用是基于機(jī)理的藥物發(fā)現(xiàn)的重要方向。有機(jī)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(gè)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(biāo)準(zhǔn)。有機(jī)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(jì)算生成。有機(jī)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(dòng)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(chǎng)的分子模擬,包括MC和MD模擬等。本章描述了幾種增強(qiáng)采樣的方法,其中包括副本交換、傘形抽樣、準(zhǔn)靜態(tài)動(dòng)力學(xué)、局部增強(qiáng)采樣和拉伸動(dòng)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(diǎn)。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(bào)道它在很多腫瘤中過表達(dá)。PHGDH已經(jīng)成為治療腫瘤的潛在靶點(diǎn),2016年起很多文獻(xiàn)中報(bào)道了一些針對(duì)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(tuán)篩選、分子對(duì)接和化學(xué)信息學(xué)的方法對(duì)PHGDH進(jìn)行了虛擬藥物篩選。我們購買了126個(gè)化合物用于生物活性測(cè)試,結(jié)果發(fā)現(xiàn)了4個(gè)化合物活性相對(duì)好,其中140號(hào)化合物最好,它的IC50為19μM。進(jìn)一步的結(jié)合模式分析說明140、154和92號(hào)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(hào)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(xì)胞中表達(dá)量較高。了解它的催化機(jī)制有助于靶向PGAM1的腫瘤治療。我們對(duì)現(xiàn)有PGAM1和其同源蛋白的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)C端部分結(jié)構(gòu)缺失。我們推測(cè)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(cè)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(dòng)力學(xué)(REMD)模擬進(jìn)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(shí)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(jì)算蛋白質(zhì)表面電勢(shì),發(fā)現(xiàn)了催化口袋呈現(xiàn)較強(qiáng)正電性,靶向活性口袋設(shè)計(jì)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(shì)分析,提出了PGAM1抑制劑的設(shè)計(jì)策略,也為PGAM1及其同源蛋白催化機(jī)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(gè)結(jié)構(gòu)包含5-甲�；奏�(5-formylcytosine,5fC),另外一個(gè)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(shí)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(duì)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(duì)TDG的模擬中,我們發(fā)現(xiàn)198-204這段loop通過擺動(dòng)可以形成兩種明顯的構(gòu)象。我們進(jìn)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(duì)DNA的構(gòu)象有較大影響。模擬結(jié)果很好地解釋了TDG對(duì)兩種氧化形式的修飾堿基識(shí)別機(jī)制的區(qū)別,為TDG對(duì)不同修飾堿基的識(shí)別以及催化機(jī)制的進(jìn)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：R91

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本文編號(hào)：2329354