本文關(guān)鍵詞：分子模擬技術(shù)篩選抗HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶活性化合物

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【摘要】：目的：1.通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)構(gòu)建非核苷類HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑(NNRTIS)數(shù)據(jù)庫(kù),作為虛擬篩選參考分子庫(kù),其中包括香豆素類天然產(chǎn)物。2.通過分子對(duì)接技術(shù)對(duì)SPECS數(shù)據(jù)庫(kù)(含16062個(gè)天然產(chǎn)物)、SYSU數(shù)據(jù)庫(kù)、中藥化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)(TCM Bank)與NNRTIS數(shù)據(jù)庫(kù)共240950個(gè)化合物分子進(jìn)行虛擬篩選。3.通過體外抗HIV-1活性檢測(cè)方法檢測(cè)25個(gè)候選化合物分子的生物活性,驗(yàn)證虛擬篩選方法的預(yù)測(cè)能力。方法：本文主要通過以下方法篩選研究非核苷類抗HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶活性化合物：1.基于數(shù)據(jù)庫(kù)資源與數(shù)據(jù)挖掘,利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)建立非核苷類HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑(NNRTIS)數(shù)據(jù)庫(kù),用于存儲(chǔ)、查詢化合物和靶標(biāo)結(jié)構(gòu)信息,作為虛擬篩選的參考分子庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建主要應(yīng)用目前比較流行的LAMP網(wǎng)站架構(gòu),包括Linux操作系統(tǒng),Apache HTTP服務(wù)器,MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)和PHP腳本語言。2.利用SPECS數(shù)據(jù)庫(kù)(含16062個(gè)天然產(chǎn)物)、SYSU數(shù)據(jù)庫(kù)、中藥化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)(TCM Bank)與NNRTIS數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建虛擬分子庫(kù),作為虛擬篩選的候選分子庫(kù)。3.利用RCSB PDB (Protein Data Bank)蛋白數(shù)據(jù)庫(kù)資源,使用MOE、SYBYL、 Schrodinger、Discovery Studio四大藥物設(shè)計(jì)軟件的分子對(duì)接模塊進(jìn)行HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶晶體結(jié)構(gòu)的自身對(duì)接,根據(jù)對(duì)接構(gòu)象、晶體結(jié)構(gòu)分辨率、配體結(jié)構(gòu)特點(diǎn),為虛擬篩選選擇合適的蛋白晶體結(jié)構(gòu)。4.基于分子對(duì)接技術(shù)與DUD(A Directory of Useful Decoys)數(shù)據(jù)庫(kù)資源,使用四大藥物設(shè)計(jì)軟件的分子對(duì)接模塊將43個(gè)非核苷類抗HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶配體與430個(gè)結(jié)構(gòu)相似的非活性化合物分別對(duì)接到HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶晶體結(jié)構(gòu)的結(jié)合口袋,根據(jù)對(duì)接打分建立ROC曲線模型,選用合適的分子對(duì)接模塊作為虛擬篩選的方法。5.使用MOE軟件對(duì)候選分子庫(kù)分子進(jìn)行能量?jī)?yōu)化得到分子低能構(gòu)象,使用WEGA分子三維相似性程序?qū)⒎肿拥湍軜?gòu)象與晶體結(jié)構(gòu)配體進(jìn)行三維相似性疊合得到分子疊合構(gòu)象,使用Discovery Studio軟件對(duì)每個(gè)分子的低能構(gòu)象和疊合構(gòu)象分別進(jìn)行構(gòu)象搜索,將搜索到的構(gòu)象作為虛擬篩選的分子構(gòu)象。6.利用合適的分子對(duì)接模塊將候選分子的分子構(gòu)象對(duì)接到HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶晶體結(jié)構(gòu)的結(jié)合口袋,統(tǒng)計(jì)分析對(duì)接結(jié)果,選擇打分較高和結(jié)合模式較優(yōu)的化合物作為生物活性測(cè)試的候選分子。7.采用國(guó)際通用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)候選分子進(jìn)行體外抗HIV-1活性檢測(cè),得到每個(gè)化合物抑制HIV-IIIB病毒感染的C8166淋巴細(xì)胞合胞體形成50%時(shí)的濃度(EC50),對(duì)50%正常T淋巴細(xì)胞系C8166產(chǎn)生毒性時(shí)的濃度(CC50),治療指數(shù)TI(EC50/CC50)。結(jié)果：1.采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),利用LAMP網(wǎng)站架構(gòu)成功構(gòu)建了非核苷類HIV-1逆轉(zhuǎn)錄抑制劑(NNRTIS)數(shù)據(jù)庫(kù),數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)1340個(gè)化合物和205個(gè)靶標(biāo)結(jié)構(gòu)信息,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了化合物名稱、化合物SMILE格式描述符、靶標(biāo)名稱和靶標(biāo)PDB ID四種檢索方式。2.構(gòu)建的候選分子庫(kù)共有240950個(gè)小分子化合物,其中包括SPECS數(shù)據(jù)庫(kù)小分子化合物201762個(gè),SYSU數(shù)據(jù)庫(kù)化合物7097個(gè),TCM Bank數(shù)據(jù)庫(kù)小分子30751個(gè),NNRTIS數(shù)據(jù)庫(kù)小分子1340個(gè)。3.通過對(duì)HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶晶體結(jié)構(gòu)的分析和自身對(duì)接,選擇參與虛擬篩選的蛋白晶體結(jié)構(gòu)PDB ID為2ZD1。4.將DUD數(shù)據(jù)庫(kù)的473個(gè)小分子進(jìn)行分子對(duì)接,并建立了ROC曲線模型,根據(jù)AUC面積大小選擇Schrodinger藥物設(shè)計(jì)軟件Glide SP對(duì)接模塊作為虛擬篩選方法。5.使用MOE軟件為每個(gè)小分子生成低能構(gòu)象,應(yīng)用WEGA軟件包為每個(gè)小分子生成疊合構(gòu)象,使用Discovery Studio軟件為每個(gè)低能構(gòu)象和疊合構(gòu)象分別生成10個(gè)構(gòu)象,最后每個(gè)分子得到20個(gè)構(gòu)象。6.通過Glide SP對(duì)接模塊成功將240950個(gè)化合物的分子構(gòu)象對(duì)接到HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶晶體結(jié)構(gòu)2ZD1的結(jié)合口袋,分析虛擬篩選結(jié)果,最后選擇25個(gè)具有化學(xué)結(jié)構(gòu)代表性的化合物進(jìn)行體外抗HIV-1生物活性測(cè)試。7.虛擬篩選結(jié)果顯示240950個(gè)化合物分子中,抑制劑與未知活性分子打分分布曲線明顯分離,打分均值分別為-9和-7,而對(duì)接打分大于11.0的165個(gè)化合物分子中,抑制劑與未知活性分子打分分布曲線明顯接近,打分均值為-11.32和-11.38,這些結(jié)果說明該虛擬篩選方法具有一定的預(yù)測(cè)能力,打分較高的分子具有抗HIV活性的可能性較大。8.虛擬篩選結(jié)果顯示對(duì)接打分大于11.0的165個(gè)化合物分子中,抑制劑分子占到27.20%,抑制劑利匹韋林的打分總排名第2位,中藥成分占到6.0%,來自TCM Bank數(shù)據(jù)庫(kù)的中草藥活性成分Inphyllum P打分總排名98位,文獻(xiàn)報(bào)道其分子水平抑制HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶的活性值ECso為0.13 uM,這些結(jié)果都充分驗(yàn)證了該虛擬篩選方法具有一定的可靠性和準(zhǔn)確性。9.通過分析對(duì)接打分大于11.0的165個(gè)化合物分子中45個(gè)抑制劑的虛擬篩選結(jié)果得出：打分越高,與殘基Lys101形成氫鍵,與殘基TYR181,TRP229形成π-π堆積作用,對(duì)接構(gòu)象呈現(xiàn)類馬蹄狀柔性構(gòu)象的化合物分子具有逆轉(zhuǎn)錄酶抑制活性的可能性越大。10.本文對(duì)25個(gè)化合物進(jìn)行體外抗HIV-1生物活性測(cè)試,25個(gè)化合物分子都具有抗HIV-1活性,其中10個(gè)化合物抑制HIV-1ItIB病毒感染的C8166淋巴細(xì)胞合胞體形成50%時(shí)的濃度即EC50值小于10ug/ml,化合物1-(4-fluorophenyl)-3-[2-(1H-indol-3-y1)ethyl]thiourea與6-[[5-(4-chloroanilino)-1,3,4-thiadiazol-2-yl]methoxy]-4-methylchromen-2-one的治療指數(shù)(TI)大于10。11.生物活性和虛擬篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示化合物1-(4-fluorophenyl)-3-[2-(1H-indol-3-yl)ethyl]thiourea對(duì)50%正常T淋巴細(xì)胞系C8166產(chǎn)生毒性時(shí)的濃度(CC50)大于100,EC50值為4.54 ug/ml,治療指數(shù)(TI)大于18.35,其對(duì)接構(gòu)象呈U形,與晶體結(jié)構(gòu)中內(nèi)嵌配體非常接近,與HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶結(jié)合口袋重要?dú)埢鵏ys101形成氫鍵,與保守殘基Trp229和芳香殘基Tyr181分別形成π-π堆積作用�；衔�6-[[5-(4-chloroanilino)-1,3,4-thiadiazol-2-yl]methoxy]-4-methylchromen-2-one的CC5o值大于100,EC50值為9.85 ug/ml,TI值大于10.15,其對(duì)接構(gòu)象呈類馬蹄狀,與殘基Lys101、Lys103形成氫鍵,與殘基Trp229、Tyrl81形成π-π堆積作用。生物活性測(cè)試結(jié)果與虛擬篩選結(jié)果相吻合,充分證明了虛擬篩選方法的可靠性。結(jié)論：1.從化合物結(jié)構(gòu)考慮,U形、類馬蹄形柔性結(jié)構(gòu)的非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑能通過調(diào)整自身結(jié)構(gòu)更好的適應(yīng)HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶結(jié)合口袋的變化,對(duì)抑制HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶活性起到關(guān)鍵作用。2.從逆轉(zhuǎn)錄酶殘基考慮,抑制劑與HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶重要?dú)埢鵏ys101形成氫鍵,與保守殘基Trp229、芳香殘基Tyrl81分別形成π-π堆積作用,這樣的相互作用模式使得抑制劑與HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶的結(jié)合更加的穩(wěn)定,對(duì)抑制HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶活性起到主要作用。3.從化合物抗HIV活性考慮,25個(gè)化合物分子都具有抗HIV-1活性,除了TI大于10的兩個(gè)化合物之外,其他化合物活性都較弱,這說明本文建立的虛擬篩選方法是高通量篩選方法,具有一定的預(yù)測(cè)能力和可靠性,可以縮小活性化合物的篩選范圍,在準(zhǔn)確性上還需要結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬等方法進(jìn)行深入的研究。4.從篩選方法考慮,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)、分子模擬與活性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合能快速的進(jìn)行活性化合物的篩選,為基于結(jié)構(gòu)的非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑的設(shè)計(jì)提供新的思路和方法。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)資源為化合物的虛擬篩選提供寶貴的數(shù)據(jù)資源,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)可用于存儲(chǔ)、查詢結(jié)構(gòu)信息,并為分子模擬構(gòu)建候選分子庫(kù)。分子模擬技術(shù)可用于化合物與蛋白質(zhì)相互作用模式的預(yù)測(cè),能縮小活性化合物篩選范圍。體外抗HIV-1活性檢測(cè)能快速的驗(yàn)證虛擬篩選方法的可靠性和準(zhǔn)確性。
【關(guān)鍵詞】：HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶 分子模擬技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù) 分子對(duì)接 非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑
【學(xué)位授予單位】：廣州中醫(yī)藥大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R512.91
【目錄】：

• 摘要3-6
• Abstract6-13
• 引言13-15
• 第一章 文獻(xiàn)研究15-25
• 1.1 非核苷類HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑研究進(jìn)展15-19
• 1.1.1 HIV-1生命周期15-16
• 1.1.2 HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶結(jié)構(gòu)16
• 1.1.3 非核苷類HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑作用機(jī)理研究16-18
• 1.1.4 DAPYS類HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑研究18-19
• 1.2 計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用和研究19-21
• 1.2.1 藥物設(shè)計(jì)理論19-20
• 1.2.2 藥物設(shè)計(jì)軟件20
• 1.2.3 分子相似性20-21
• 1.2.4 化學(xué)軟件21
• 1.3 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)資源的應(yīng)用和研究21-25
• 1.3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)資源研究現(xiàn)狀21-22
• 1.3.2 蛋白數(shù)據(jù)庫(kù)22
• 1.3.3 生物活性數(shù)據(jù)庫(kù)22
• 1.3.4 化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)22-23
• 1.3.5 分子模擬數(shù)據(jù)庫(kù)23-25
• 第二章 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)25-31
• 2.1 數(shù)據(jù)來源25
• 2.1.1 數(shù)據(jù)收集25
• 2.1.2 格式轉(zhuǎn)換25
• 2.2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)25-26
• 2.2.1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)25
• 2.2.2 網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)原理25-26
• 2.3 平臺(tái)搭建與數(shù)據(jù)庫(kù)表單創(chuàng)建26-27
• 2.3.1 環(huán)境配置26
• 2.3.2 表單創(chuàng)建26-27
• 2.4 界面設(shè)計(jì)和程序編寫27-29
• 2.4.1 檢索界面設(shè)計(jì)27-28
• 2.4.2 后臺(tái)程序設(shè)計(jì)28
• 2.4.3 展示界面設(shè)計(jì)28-29
• 2.5 數(shù)據(jù)庫(kù)使用和發(fā)布29-30
• 2.5.1 數(shù)據(jù)庫(kù)檢索方法29
• 2.5.2 數(shù)據(jù)庫(kù)檢索原理29
• 2.5.3 數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)布29-30
• 2.6 小結(jié)30-31
• 第三章 虛擬篩選31-48
• 3.1 前言31-33
• 3.1.1 分子對(duì)接原理31-32
• 3.1.2 分子對(duì)接軟件32-33
• 3.1.3 分子對(duì)接數(shù)據(jù)庫(kù)33
• 3.2 候選分子庫(kù)構(gòu)建33-34
• 3.2.1 數(shù)據(jù)收集33-34
• 3.2.2 分子結(jié)構(gòu)格式校對(duì)34
• 3.3 靶標(biāo)蛋白晶體結(jié)構(gòu)的選擇34-37
• 3.3.1 蛋白晶體結(jié)構(gòu)選擇原則34-35
• 3.3.2 蛋白晶體結(jié)構(gòu)的檢索35-36
• 3.3.3 蛋白晶體結(jié)構(gòu)的自身對(duì)接36-37
• 3.3.4 數(shù)據(jù)分析37
• 3.4 建立基于分子對(duì)接方法的ROC篩選模型37-41
• 3.4.1 數(shù)據(jù)來源37
• 3.4.2 分子構(gòu)象準(zhǔn)備37-38
• 3.4.3 分子對(duì)接方法38-39
• 3.4.4 ROC篩選模型建立39-41
• 3.5 虛擬篩選與選擇測(cè)試化合物41-46
• 3.5.1 虛擬篩選41
• 3.5.2 對(duì)接打分的分布圖分析41-42
• 3.5.3 對(duì)接打分靠前分子的組成分析42-43
• 3.5.4 打分靠前的抑制劑對(duì)接模式分析43-45
• 3.5.5 測(cè)試化合物選擇45-46
• 3.6 小結(jié)46-48
• 第四章 體外抗HIV-1活性實(shí)驗(yàn)研究48-55
• 4.1 體外抗HIV-1活性實(shí)驗(yàn)48-49
• 4.1.1 檢測(cè)材料48
• 4.1.2 HIV-1感染性實(shí)驗(yàn)48
• 4.1.3 對(duì)C8166細(xì)胞的毒性實(shí)驗(yàn)48
• 4.1.4 對(duì)HIV-1ⅢB致細(xì)胞病變(CPE)的抑制實(shí)驗(yàn)48-49
• 4.2 生物活性測(cè)試結(jié)果與討論分析49-54
• 4.2.1 生物活性測(cè)試候選化合物結(jié)構(gòu)49-50
• 4.2.2 生物活性測(cè)試結(jié)果與分析50-52
• 4.2.3 化合物體外活性與對(duì)接模式分析52-53
• 4.2.4 討論分析53-54
• 4.3 小結(jié)54-55
• 結(jié)語55-57
• 參考文獻(xiàn)57-64
• 附錄64-65
• 研究生在讀期間發(fā)表論文情況65-66
• 致謝66

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 高躍東;黃京飛;;Discovery Studio 2.0的模塊擴(kuò)展及應(yīng)用:殘基水平非鍵相互作用能量的自動(dòng)批量計(jì)算[J];動(dòng)物學(xué)研究;2011年03期

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本文編號(hào)：965247