检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：牛余珍兰州大学

学位级别：博士

蛋白质和小分子相互作用的热力学(结合自由能ΔGbind和平衡解离常数KD)是表征一个药物小分子与其靶蛋白结合稳定性的重要依据,也是评价一个药物小分子与其靶蛋白亲和力大小的重要指标。而近些年来逐渐受到重视的蛋白质和小分子之间的结... 详细信息

蛋白质和小分子相互作用的热力学(结合自由能ΔGbind和平衡解离常数KD)是表征一个药物小分子与其靶蛋白结合稳定性的重要依据,也是评价一个药物小分子与其靶蛋白亲和力大小的重要指标。而近些年来逐渐受到重视的蛋白质和小分子之间的结合动力学(解离速率常数koff和滞留时间)与药物小分子的药效和毒性等药代动力学性质密切相关,所以在以靶蛋白和药物小分子的热力学性质为依据进行药物设计时应同时考虑它们的结合动力学性质。基于蛋白质和小分子热力学和动力学的计算方法和预测热力学和动力学的重要性,本论文的研究内容主要有以下五个部分。本论文第一章详述了蛋白质和小分子相互作用的重要性,从蛋白质和小分子相互作用理论模型开始,介绍了二者相互作用的物理化学基础以及二者结合的热力学和动力学性质。接着总结了研究蛋白质和小分子相互作用的热力学和动力学的计算方法。对于热力学性质来说,主要有基于分子对接的打分函数和基于分子动力学模拟的自由能计算方法,如我们熟知的MM/PB(GB)和自由能微扰计算方法。而针对动力学性质的计算,目前比较成熟的有拉伸分子动力学模拟、自适应偏置力模拟以及meta动力学模拟等增强采样方法。第二章通过常规分子动力学模拟和拉伸动力学模拟研究了B-RAF激酶的两个高效抑制剂PLX4720和TAK-632解离机制的差异以及解离机制与滞留时间的关系。从两个抑制剂与B-RAF激酶复合物的晶体结构出发,我们首先对常规分子动力学模拟的平衡轨迹做了能量分解,发现B-RAF激酶结合两个抑制剂的关键氨基酸残基的能量贡献有明显的差异,尤其在变构结合位点处。这说明变构位点处的疏水作用对于提高B-RAF激酶抑制剂的药效以及延长滞留时间有很重要的作用。之后我们用随机加速分子动力学模拟对多条平衡轨迹选择不同的参数进行了统计,结果表明抑制剂PLX4720是从ATP通道解离,而抑制剂TAK-632则有1/3的几率从变构通道解离。为了比较这两个抑制剂解离的难易程度,我们用拉伸分子动力学模拟对PLX4720沿ATP通道和TAK-632沿ATP通道和变构通道做了解离,结果表明TAK-632从变构通道比从ATP通道解离困难的多,所以这两个抑制剂都是从ATP通道解离的,这与实验值koff值的排序是一致的。接着第三章我们研究了ERK2激酶的四个抑制剂SCH772984、VTX-11e、FR180204以及5-iTU解离机制的差异。我们用常规分子动力学模拟和能量分解研究了ERK2激酶与四个抑制剂的结合差异,结果表明抑制剂SCH772984与其他三个抑制剂结合的最大差异是位于P-loop和αC-helix之间的变构位点处的结合。随后的拉伸分子动力学模拟和自适应偏置力模拟表明SCH772984与其它三个抑制剂有不同的解离机制。VTX-11e、FR180204和5-iTU在解离过程中都是只需要克服ATP结合位点处的疏水作用,而SCH772984需要先克服变构位点处的π-π堆积作用,再克服ATP结合位点处的疏水作用,这明显增加了SCH772984解离时需要克服的自由能势垒。第四章阐述了激酶抑制剂crizotinib的镜像异构体对MTH1蛋白的抑制活性差异的原因。我们的理论计算值与实验值有很好的吻合,分子动力学模拟和氨基酸残基能量分解表明,MTH1对(S)-crizotinib和(R)-crizotinib结合的差异来源于Tyr7,Phe27,Phe72和Trp117这些残基的贡献。进一步的自适应偏置力模拟表明(S)-crizotinib和(R)-crizotinib的解离路径完全不同,这使得(S)-crizotinib解离时需要吸收的能量明显比(R)-crizotinib解离时吸收的能量高,也就是(S)-crizotinib要克服更大的自由能势垒。同样第五章解释了SETD7蛋白的对映异构体(R)-PFI-2和(S)-PFI-2的抑制活性不同的原因。首先我们通过分子对接获得了(S)-PFI-2和SETD7的复合物结构。静态分析发现,这两个化合物与SETD7结合时的构象完全不同。进一步的分子动力学模拟发现,(S)-PFI-2与SETD7的结合很不稳定,这是通过监测模拟体系的RMSD值发现的。另外静态网络分析的结果表明范德华相互作用力对(R)-PFI-2和SETD7的结合起了关键作用。我们提取了常规分子动力学模拟平衡部分的平均结构发现,(S)-PFI-2/SETD7复合物中post-SET loop区域更向外移动,这样就使得(S)-PFI-2更多的暴露在溶剂中所以更加不稳定。所以我们又对两个体系做了自适应偏置力模拟,与(R)-PFI-2解离相比,(S)-PFI-2解离时明显要容易的多,最后得到的PMF曲线升高的幅度没有(R)-PFI-2的大。所以我们得出结论,(S)-PFI-2与SETD7结合的不稳定性导致

关键词：结合热力学和动力学分子动力学模拟拉伸分子动力学模拟自适应偏置力模拟结合自由能计算静态网络分析

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

立体效应对烷氧基异恶唑类Sigma-1受体抑制剂与Sigma-1受体相互作用的影响

引用

科学技术与工程 2019年第10期19卷 37-44页

作者：罗宏华谢晓曦张卓琳蒋南南京医科大学药学院南京211000

Sigma-1受体(Sigma-1 receptor,σ1R)主要参与调节细胞应激反应和细胞稳态,并与许多神经退行性疾病及肿瘤的发生发展密切相关。烷氧基异恶唑类化合物是一种新型的σ1R受体抑制剂,对σ1R具有较好的抑制活性,最优化合物与σ1R之间的结合... 详细信息

Sigma-1受体(Sigma-1 receptor,σ1R)主要参与调节细胞应激反应和细胞稳态,并与许多神经退行性疾病及肿瘤的发生发展密切相关。烷氧基异恶唑类化合物是一种新型的σ1R受体抑制剂,对σ1R具有较好的抑制活性,最优化合物与σ1R之间的结合常数小于1 nm。为了探究立体效应对这一类抑制剂与σ1R相互作用的影响,应用分子对接、分子动力学模拟和结合自由能计算;对比研究了3个σ1R抑制剂(20、37和54)与σ1R之间的相互作用方式和结合强度。研究表明,具有较大头端疏水区和质子供体N原子区的化合物54与σ1R之间的结合强度最大,这与实验测得的结合常数一致。此外,还计算了σ1R抑制剂与σ1R之间相互作用的能量分项。结果表明,范德华相互作用对该类抑制剂与σ1R之间的相互作用起主导作用;而静电相互作用的影响较小。基于氨基酸残基的结合自由能分解及对抑制剂与σ1R结合构象的分析表明,提高头端疏水区和质子供体N原子区的立体体积,有利于提高该类抑制剂与σ1R之间的结合活性。

关键词： Sigma-1受体烷氧基异恶唑类抑制剂分子对接分子动力学模拟结合自由能计算

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

基于受体结构的虚拟筛选在先导化合物发现中的应用

基于受体结构的虚拟筛选在先导化合物发现中的应用

引用

作者：曹冉天津大学

学位级别：博士

基于受体结构的虚拟筛选（分子对接）在新型先导化合物的发现中具有重要意义。为了提高配体结合自由能计算的精度，我们在前人工作的基础上系统研究了基于经典物理学原理的MM-PB/SA方法。本论文主要包括以下几个方面： 1.我们发现在MM-P... 详细信息

基于受体结构的虚拟筛选（分子对接）在新型先导化合物的发现中具有重要意义。为了提高配体结合自由能计算的精度，我们在前人工作的基础上系统研究了基于经典物理学原理的MM-PB/SA方法。本论文主要包括以下几个方面： 1.我们发现在MM-PB/SA方法中存在“溶剂真空”等问题，通过固定外壳层溶剂分子和多次平衡补水可以显著提高其预测能力，并且在不同类型的药物靶标上都具有良好的适用性。 2.为了将这种能够更精确计算结合能的方法用于寻找先导化合物的实践工作中，我们按照兼顾效率和准确性的原则，发展了一套逐级虚拟筛选的策略，并以传统抗癌靶点——微管蛋白作为研究对象来检验该策略的实用性。针对秋水仙素结合位点，逐级虚拟筛选方法从超过100000个不同的类药性分子中产生了63个候选化合物，我们从中挑选出9个结构相似、预测作用模式相同的化合物进行实验验证，5个分子被确认为阳性化合物，进一步的构效关系研究验证了计算预测的作用模式。同时，先导化合物在细胞水平上有抑制肿瘤细胞增殖的能力，并且证明能作用于秋水仙素位点。 3.我们进一步发展了组合虚拟筛选的方法来寻找多靶标配体分子，以BCR-ABL融合蛋白作为研究对象，针对ATP结合位点寻找能够同时抑制野生型和耐药型（T315I突变）的ABL激酶抑制剂。从组合虚拟筛选自动产生的18个共有噻吩母核结构的化合物中，我们挑选出9个作用模式相同的候选分子进行实验验证，3个化合物被证明有明显的双抑制活性。和正常的Ba/F3细胞系相比，先导化合物能够显著抑制ABL（野生型和耐药型）驱动的细胞增殖，同时对其他肿瘤细胞系也都有一定的抑制作用。 4.在以上两个不同靶点（微管蛋白和ABL激酶）的筛选结果中，有相同先导化合物被证实为双靶标配体分子。在该基础上，我们发现了ATP结合位点和秋水仙素位点在口袋形状和与小分子的作用模式上存在很大的相似性，而这种特征是传统的基于比对的结构分析方法很难揭示的。

关键词：基于受体结构的虚拟筛选逐级筛选策略分子对接结合自由能计算激酶微管蛋白多靶点抑制剂慢性粒细胞白血病

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

基于卤素和氰基官能团的合理药物设计

基于卤素和氰基官能团的合理药物设计

引用

作者：王元勋天津大学

学位级别：博士

“官能团效应”是指药物化学研究中的官能团显著地影响了化合物的药理活性与成药性等性质。然而,大多数“官能团效应”只是对实验现象的经验性总结,先导化合物优化时如何使用这些官能团还缺乏合理的指导。本论文以卤素原子和氰基官能团... 详细信息

“官能团效应”是指药物化学研究中的官能团显著地影响了化合物的药理活性与成药性等性质。然而,大多数“官能团效应”只是对实验现象的经验性总结,先导化合物优化时如何使用这些官能团还缺乏合理的指导。本论文以卤素原子和氰基官能团为例,以基于受体结构的药物设计中合理利用卤素和氰基官能团为研究目的,采用了以计算、分析蛋白质结合口袋水分子性质为主的计算化学研究方法,揭示了卤素原子和氰基官能团与靶标蛋白质结合时会取代结合口袋水分子的特性,为合理药物设计中利用卤素原子和氰基官能团进行有效的分子设计提供了指导。在合理利用卤素原子方面,发现了与蛋白质主链形成卤键的卤素原子在与靶标蛋白质结合时,会取代结合口袋中特定的水分子。该发现有助于深入理解形成卤键的卤素原子在蛋白质-配体结合时有熵和焓的共同贡献。结合卤键的几何结构特点,提出了合理利用卤素原子的计算策略。依此策略,设计、合成了上市药物依鲁替尼母核结构和上市药物多塞平的系列卤代物,并分别评价了其与激酶靶标布鲁顿氏酪氨酸激酶、5-羟基色胺2B受体之间的卤键相互作用,实验结果验证了该策略的可行性。该策略为基于受体结构合理利用卤素原子提供了新的角度和方法。在合理利用氰基官能团方面,通过调研蛋白质数据库,总结了氰基与氨基酸残基相互作用的类型和几何结构特点。发现了与蛋白质主链酰胺形成氢键的氰基官能团在与靶标蛋白质结合时,也会取代结合口袋中特定的水分子。此外,自由能微扰计算方法精确重现了氰基对蛋白质-配体结合活性的影响。根据氰基与氨基酸残基作用的几何结构特点、是否取代特定的水分子,结合自由能微扰计算结果,我们提出了合理利用氰基的计算策略。依此策略,设计、合成并测试了上市激酶药物凡德他尼的氰基取代化合物,实验结果初步验证了该策略的可行性。该策略为基于受体结构,合理利用氰基官能团进行分子设计提供了新的角度和方法。

关键词：基于结构的药物分子设计卤键氰基蛋白质水合效应分析结合自由能计算

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

三类重要靶标蛋白抑制剂的虚拟筛选与设计

三类重要靶标蛋白抑制剂的虚拟筛选与设计

引用

作者：刘璐吉林大学

学位级别：博士

药物的研发是一项复杂且漫长的系统工程。药物的安全性是研发过程中最主要的问题,而其安全性和有效性通常与药物对特定靶点的选择相关。同一家族或同一类型的靶点,常具有较高的同源性,其在人体中不同的分布可能具有组织或细胞特异性,因... 详细信息

药物的研发是一项复杂且漫长的系统工程。药物的安全性是研发过程中最主要的问题,而其安全性和有效性通常与药物对特定靶点的选择相关。同一家族或同一类型的靶点,常具有较高的同源性,其在人体中不同的分布可能具有组织或细胞特异性,因此药物分子对靶点的选择性在药物研发中至关重要。一直以来研究人员都致力于开发出具有更高选择性的药物,以提高其疗效和减少其副作用作为研究目标。随着研究的深入,人们发现大部分癌症的引发都与激酶靶点和离子通道靶点相关。此外,还有一些由多种因素引发的癌症需要同时抑制多个靶点以获得更有效的治疗效果。因此,我们在文中对激酶靶标、离子通道靶标以及双靶标的选择性抑制剂进行了研究。然而,传统的药物设计方法面临周期长、耗费大和风险高等问题。近年来,随着大量生物学、化学和药学信息的积累以及计算能力和算法的提升,计算机在药物研发领域的应用依靠其优异的数据处理、分类以及学习能力,加速药物优化进程、提高药物研发效率,展现出巨大的发展潜力和应用前景。本论文以三类重要靶标蛋白为研究对象,采用了深度学习的分子生成与筛选方法、基于受体口袋的分子生成与筛选方法以及结合机器学习的筛选方法分别针对三类靶标进行了选择性抑制剂的设计与筛选工作。通过分子动力学模拟以及结合自由能计算等方法进一步对所发现的选择性抑制剂进行评估和验证。具体的研究内容如下: 1.长短期记忆编码器-解码器结合片段药物设计方法发现RET选择性抑制剂受体酪氨酸激酶RET（Rearranged During Transfection）在各种细胞信号通路中发挥着重要作用,是神经系统发育的关键因素。RET的异常激活可导致多种癌症,包括甲状腺癌和非小细胞肺癌等,然而大多数RET抑制剂是多激酶抑制剂,因此发现专门针对RET靶点的抑制剂仍然是一项巨大的挑战。在该项工作中,通过结合长短期记忆编码器-解码器（Long Short-Term Memory Encoder-Decoder,LSTM Enc-Dec）与基于片段的药物设计（Fragment-based Drug Design,FBDD）方法构建了一个分子生成模型并定向生成了一个针对RET靶点的分子数据库。通过分子对接、分子动力学模拟以及结合自由能计算,最终筛选出2个潜在的RET蛋白的选择性抑制剂。这两个分子能够以特定构象与RET蛋白口袋相结合,使得分子具有专一性。该项工作为RET激酶靶点的选择性抑制剂的设计提供了新思路。 ***-1双孔钾通道的双酰胺抑制剂的设计与筛选 TASK-1钾通道（TWIK-related Acid-sensitive K+Channel）广泛的表达在不同的组织中,在神经活动和麻醉调节过程中起着重要作用,是药物研发的重要靶点。由于TASK家族中TASK-1和TASK-3的人类氨基酸序列的同源性高达58.9%,因此TASK-1和TASK-3之间的选择性已成为TASK家族研究过程中的最大挑战。从已知的TASK-1选择性抑制剂中发现,它们大部分都含有双酰胺核心,并表现出一定的选择能力。因此,在该项工作中,采用结合基于结构的药物设计（Structure-based Drug Design,SBDD）和基于配体的药物设计（Ligand-based Drug Design,LBDD）方法来设计并筛选TASK-1通道选择性抑制剂。基于受体口袋生成以双酰胺片段为核心骨架的分子数据集,结合分子对接、三维定量构效关系（3D-Quantitative Structure Activity Relationship,3D-QSAR）预测、分子动力学模拟以及结合自由能计算从数据集中发现两个潜在的TASK-1选择性抑制剂分子。该项工作为TASK-1离子通道靶点的选择性抑制剂的设计与优化提供新想法。 3.机器学习结合分子动力学模拟发现BTK和JAK3双靶点抑制剂 “一药一靶”的研发理论曾在特定靶点的治疗上取得巨大成功,然而面对复杂的癌症以及免疫系统疾病等多因素疾病时,单靶点药物往往束手无策,因此发现能同时抑制多个靶点并阻断多因素疾病发病过程的药物至关重要。布鲁顿酪氨酸激酶（Bruton’s Tyrosine Kinase,BTK）与Janus激酶3（Janus kinase 3,JAK3）均为自身免疫性疾病和血液系统恶性肿瘤的药物靶标,鉴于它们的协同作用,同时抑制BTK-JAK3能够更加有效的治疗B细胞淋巴瘤。为了治疗多因素疾病以及脱靶副作用等问题,发现专门针对BTK-JAK3双靶点的抑制剂至关重要。在该项工作中,使用不同的机器学习方法结合分子对接、分子动力学模拟以及自由能计算等方法,发现了针对BTK-JAK3双靶点的潜在抑制剂分子,该分子同时含有BTK和JAK3靶点的活性分子片段339以及1589,并以特定的构象与两个靶点结合,使得该分子对

关键词：激酶离子通道虚拟筛选分子动力学模拟结合自由能计算

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

结核分枝杆菌相关靶标与其抑制剂相互作用机制的分子模拟研究

结核分枝杆菌相关靶标与其抑制剂相互作用机制的分子模拟研究

引用

作者：张倩倩兰州大学

学位级别：博士

结核病(Tuberculosis,TB)是困扰人类数千年的一种传染病,其致病菌是结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis,MTB)。由于结核病的治疗周期较长,MTB对一线和二线抗结核药物均产生了不同程度的耐药性。耐多药结核(Multidrug-Resistant Tu... 详细信息

结核病(Tuberculosis,TB)是困扰人类数千年的一种传染病,其致病菌是结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis,MTB)。由于结核病的治疗周期较长,MTB对一线和二线抗结核药物均产生了不同程度的耐药性。耐多药结核(Multidrug-Resistant Tuberculosis,MDR-TB)和广泛耐药结核(Extensively Drug-Resistant TB,XDR-TB)是结核病治疗中最大的障碍,且持续威胁着公共健康安全。因此,探究MTB相关的靶标与其药物或抑制剂之间的作用机制,不仅可以获得药物在分子水平的耐药机制,也可以为新的抗结核药物的设计提供理论基础。近年来,随着计算机技术的高速发展,计算机辅助药物设计(Computer Aided Drug Design,CADD)逐渐成熟。分子动力学(Molecular Dynamic,MD)模拟不仅可以在分子水平上探究靶标突变引起的耐药机制,而且可以探究药物的结合和解离过程。这些研究可以为药物的改造和分子设计提供重要的理论基础,而这些是传统实验无法获得的。在本论文中,我们通过不同的MD模拟方法以及结合自由能计算,动态网络分析,氢键分析等一些轨迹分析方法探究了MTB相关靶标与其抑制剂的相互作用。本论文主要包括以下四个方面的工作:首先,我们通过高斯加速MD模拟探究了结核分枝杆菌RNA聚合酶中S456L,D441V和H451Y突变引起的利福平耐药的分子机制。研究结果显示,三个突变体中利福平的结合亲和力降低。此外,利福平与R454残基之间的氢键作用消失,也导致了R454残基的能量贡献显著降低。结合模式分析显示,R454残基的构象在突变体中发生显著变化。进一步的动态网络分析表明,R454残基在野生型体系中可以与三个突变位点的残基形成相互作用,而突变体系中,这些相互作用减弱甚至消失。因此,R454残基的柔性增加,最终导致其构象改变,且破坏了它与利福平之间的氢键作用。根据分析结果,我们推测增强R454残基与利福平之间的作用可能克服突变导致的耐药。其次,我们结合热力学积分(Thermodynamic Integration,TI)和常规MD模拟探究了InhA的S94A突变造成的异烟肼(Isoniazid,INH)和乙硫异烟胺(Ethionamide,ETH)的交叉耐药机制。TI模拟以及MM/GBSA计算表明,InhA靶标中S94A突变会使INH-NAD和ETH-NAD的结合亲和力降低。此外,S94A突变会直接导致其与INH-NAD和ETH-NAD之间的氢键消失,降低了该残基的能量贡献。在INH-NAD体系中,S94A突变也导致Thr196和Leu197与INH-NAD之间的氢键被破坏,从而使它们的能量贡献显著降低。动态网络分析表明,S94A突变削弱了它与周围残基的相互作用强度,增加了口袋柔性。另外,在突变体中,INH-NAD的腺嘌呤基团和ETH-NAD的焦磷酸区域移向结合口袋的外侧,导致它们的结合能力下降。随后,我们通过常规MD模拟的方法研究了InhA与其直接抑制剂TCL、PT70、PT91、PT119、PT501和PT506的结合模式。残基能量分解显示,Phe149、Met155、Tyr158、Met161等疏水性残基对InhA直接抑制剂的结合具有较高的能量贡献。此外,Tyr158既可以与TCL和PT501的苯环可以形成pi-pi堆积作用,也可以与PT70和PT91分子上的羟基形成氢键作用。因此,Tyr158与分子之间的作用是抑制剂设计的关键点之一。与结合亲和力最高的PT70相比,TCL、PT91和PT501体系中的底物结合loop(SBL)区的α螺旋向loop转化,从而增加了结合口袋的柔性,降低了分子结合亲和力。此外,PT119和PT506中的SBL和H7发生了较大的位置偏移,导致配体暴露于溶剂中,这也降低了它们的结合稳定性。最后,通过Tau随机加速MD模拟预测了InhA的直接抑制剂的解离路径和滞留时间。结果显示,这六个抑制剂有三种可能的解离路径。最主要的两个解离通道是沿H7方向解离的path1和沿H6方向解离的path2。其中,TCL分子可以采取两种解离通道,而PT70、PT91和PT501主要沿path1解离,PT119和PT506主要沿path2解离。此外,Tau随机加速MD模拟方法预测的抑制剂的滞留时间排序与实验排序一致。随后,我们采用Steered MD探究了这六个抑制剂在解离过程中的关键的中间态。结果显示,这些抑制剂与InhA之间形成的一些氢键作用和范德华作用是解离过程中最主要的阻碍。总的来说,以上的四个研究工作从分子水平研究了利福平和异烟肼的耐药机制以及InhA靶标与其直接抑制剂结合的热力学和动力学信息,这有助于理解药物的耐药机制,并

关键词：耐多药结核病靶标突变 InhA蛋白耐药机制分子动力学模拟结合自由能计算残基能量分解残基作用网络

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

基于分子对接的虚拟筛选方法的评测、优化和应用

基于分子对接的虚拟筛选方法的评测、优化和应用

引用

作者：王哲浙江大学

学位级别：博士

苗头化合物的发现是新药研发过程中的关键环节之一。组合化学、高通量筛选等技术的出现虽然显著加快了新化合物的合成和筛选速度,但其昂贵的费用和低下的成功率却严重限制了它们在苗头化合物发现中的应用。虚拟筛选作为一种与高通量筛... 详细信息

苗头化合物的发现是新药研发过程中的关键环节之一。组合化学、高通量筛选等技术的出现虽然显著加快了新化合物的合成和筛选速度,但其昂贵的费用和低下的成功率却严重限制了它们在苗头化合物发现中的应用。虚拟筛选作为一种与高通量筛选互补的新技术,受到了研究机构和制药企业越来越多的关注和重视。利用虚拟筛选技术可以针对特定靶标,从海量虚拟化合物库中快速富集具有潜在活性的分子,大幅减少实验筛选阶段受测试化合物数量,并有效提高筛选的成功率。近年来,随着生物大分子三维结构被不断解析,基于分子对接的虚拟筛选方法在苗头化合物发现研究中的优势愈加明显。然而,现有分子对接理论本身并不完善,加之对接程序众多且性能不一,在实际使用中的成功率往往千差万别。因此,如何通过制定和优化筛选方案来提高成功率是基于分子对接的虚拟筛选中的重要研究课题。在本论文中,我们首先系统评估了主流分子对接程序在不同类型靶标上的性能,然后针对这些对接程序存在的不足提出了改进的方法和策略,最后将所发展的方法应用于实际虚拟筛选项目并获得成功。本论文主要研究内容及结果如下:(1)系统评估了包括AutoDock、AutoDock Vina、LeDock、rDock、UCSF DOCK、LigandFit、Glide、GOLD、MOE Dock、Surflex-Dock在内的10种常用分子对接程序针对传统靶标的构象采样性能和打分性能。在所测试的程序中,GOLD和LeDock程序拥有最佳的构象采样性能,其中GOLD的最高打分构象成功率为59.8%,LeDock的最佳构象成功率为80.8%。AutoDock Vina拥有最佳打分性能,最高打分构象的打分值与实验值之间的皮尔逊相关系数(rp)和斯皮尔曼等级相关系数(rs)分别为0.564和0.568。总之,受测试的对接程序在大多数情况下能识别出配体的正确结合构象,但对结合强度的预测则相对较差,且不同蛋白家族间存在较大差异。(2)基于2P2IDB数据库,分别对现有PPI小分子抑制剂的结构特征和PPI靶标结合口袋的特点进行了统计分析。我们发现氯代共轭基团和酰胺连接链是PPI小分子抑制剂的两类优势结构片段,PPI靶标结合口袋的“可药性”仅稍差于传统靶标。此外,还评估了包括AutoDock Vina、PLANTS、rDock、Glide、GOLD和Surflex-Dock在内的6种分子对接程序针对PPI靶标的构象采样性能和筛选性能。结果显示,它们的总体采样性能尚可接受,但其筛选性能则普遍表现较差。(3)构建了 PPI小分子抑制剂对接构象排序性能测试数据集,评估了Schrodinger软件包中的2种Prime MM/GBSA计算流程和Amber程序包中的7种MM/PB(GB)SA计算流程对PPI小分子抑制剂结合构象的预测能力。我们发现MM/PBSA方法要明显优于对接打分函数和MM/GBSA方法,其中PB3计算流程的成功率可达74%。GB6计算流程在所有MM/GBSA方法中表现最佳,其成功率为68.9%。此外,还进一步建立了用于PPI小分子抑制剂对接构象重打分的在线计算平台farPPI(http://***/farppi/)。(4)基于分子对接、MM/PB(GB)SA和伞形采样方法对一系列嘧啶酮类USP7小分子抑制剂的结合强度进行了预测。相比于分子对接,MM/PB(GB)SA方法可以显著提高结合强度的预测精度,其中GB1流程综合表现最佳(预测值和实验值的皮尔逊相关系数的平方R2平均值为0.412)。基于伞形采样方法的PMF值则能高精度地描述抑制剂的结合强度,其与实验值的R2高达0.896。此外,还基于伞形采样轨迹对抑制剂的解离路径进行了对比和分析,发现了强结合抑制剂和弱结合抑制剂的解离路径间存在较大差异。(5)采用“先构象后打分”策略,联合分子对接、MM/GBSA结合自由能计算和基于三维形状的相似性搜索等方法针对USP7的非催化位点开展了层级式和反馈式的虚拟筛选,购买并测试了近200个化合物,最终发现了数个结构新颖、活性较强的苗头化合物。

关键词：分子对接虚拟筛选基于分子对接的虚拟筛选打分函数结合自由能计算蛋白-蛋白相互作用泛素特异性蛋白酶7 小分子抑制剂

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

HCV相关靶标与抑制剂相互作用的分子模拟研究

HCV相关靶标与抑制剂相互作用的分子模拟研究

引用

作者：潘大波兰州大学

学位级别：博士

发现高效专一地抑制在丙型肝炎病毒(hepatitis C virus,HCV)生命周期中起关键作用的蛋白的抑制剂是抗HCV药物研发的重要环节。非结构蛋白3/4A(nonsturcture protein 3/4A,NS3/4A)、非结构蛋白3解旋酶(nonsturcture protein3 helicase,NS3解旋酶)和非结构蛋白5B(nonsturcture protein 5B,NS5B)是抗HCV药物的重要靶标,它们在HCV复制和翻译过程中担负着重要的角色,如对核酸的解旋和易位等。目前,一系列能够有效地抑制这些蛋白的药物已经被发现,如已批准上市的针对NS3/4A的药物波普瑞韦、特拉瑞韦和司美匹韦等。但是HCV耐药病毒株的出现使得对现有药物的耐药越来越严重,耐药性的产生严重影响了药物的疗效。因此寻找新颖的能够有效地抗HCV耐药病毒株的抑制剂迫在眉睫。随着计算机技术的不断进步,分子模拟方法作为寻找新型抑制剂的重要工具已被广泛应用于靶标与药物的作用机制、耐药机制等研究中。如分子动力学模拟、拉伸分子动力学模拟、自适应偏置力模拟和Metadynamics模拟等分子模拟方法都已经广泛应用于HCV相关靶标结构和功能的研究当中。本论文将从结构和能量的角度详细地阐释相关抑制剂与HCV靶标NS5B、NS3解旋酶和NS3/4A的相互作用机制和抑制剂的解离机制。这些实验结果将为设计全新的抗HCV药物提供一定的理论基础。本论文首先简述了HCV生命周期的各个阶段、主要的HCV药物作用靶标的结构和功能以及目前针对这些靶标上市或在研的药物。并总结了分子模拟方法在HCV相关靶标与抑制剂之间的相互作用,靶标对抑制剂的耐药机制等方面的运用情况。然后简单介绍了本论文用到的几种分子模拟方法:自适应偏置力模拟、拉伸分子动力学模拟和Metadynamics模拟等。基于这些模拟方法,本论文的研究内容包括4个部分。论文第一部分阐释了NS5B突变对抑制剂BMS-791325的耐药机制。我们运用分子动力学模拟、结合自由能计算、氨基酸残基能量分解和自适应偏置力模拟等方法探讨了BMS-791325与NS5B蛋白的野生型(WT)、突变型A421V、L392I和P495L的作用机制。模拟结果表明NS5B与BMS-791325结合的关键作用能为疏水相互作用能,NS5B中氨基酸残基L392、A393、A396、T399、H428、V494、P495和W500的能量贡献值超过1 kcal/mol。BMS-791325从NS5B解离的第一步为氨基酸残基R503与BMS-791325之间的亲水作用能降低,第二步为拇指区Ⅰ变构位点与BMS-791325之间疏水作用的消失促使BMS-791325最终逃离ns5b。氨基酸残基突变(a421v、l392i和p495l)导致bms-791325与ns5b结合亲和力和bms-791325从ns5b解离的平均力势降低。发生p495l之后,495位氨基酸残基骨架环结构消失,使其周围的蛋白柔性增大,蛋白不能很好地锚定抑制剂。在a421v和l392i突变型ns5b体系中,突变后氨基酸残基与抑制剂之间疏水相互作用能的降低是其产生耐药的主要原因。论文第二部分研究了药物索菲布韦的三磷酸活性代谢产物gs-461203及底物utp与ns5b靶标的结合与解离机制。我们从晶体结构出发分别构建了三元复合物ns5b-rna-gs-461203和ns5b-rna-utp。gs-461203和utp分别与ns5b-rna的分子动力学模拟结果表明:极性和非极性相互作用能对gs-461203与ns5b和utp与ns5b的结合是有利的;与utp相比,gs-461203的2’-氟-2’-碳甲基核糖能够与氨基酸残基s282和i160形成很强的作用,使gs-461203能够竞争性地结合到ns5b-rna结合位点中。运用随机加速分子动力学模拟的方法预测得到utp和gs-461203从ns5b-rna结合位点的解离路径是从ns5b手掌区的背面解离。通过拉伸分子动力学模拟gs-461203和utp的解离过程发现,它们的解离过程大致分为3步:小分子的平移,小分子碱基和核糖的翻转和小分子与靶标完全分开。s282t对utp与ns5b-rna的结合影响较小,但是对gs-461203与ns5b-rna结合影响较大。论文第三部分研究了ns3解旋酶与其3个吲哚环类抑制剂之间的相互作用。我们运用metadynamics模拟方法研究了抑制剂在ns3解旋酶活性口袋中的作用机制及解离过程,并构建了抑制剂解离过程的自由能表面变化图。抑制剂的解离过程大致分为吲哚环1位连接的疏水基团构象发生变化之后离开疏水空腔、吲哚环3位的乙羧基与ns3解旋酶之间的氢键断裂和抑制剂调节到利于从ns3解旋酶结构域Ⅰ和Ⅲ之间的裂缝往外逃离的构

关键词： HCV NS5B NS3解旋酶 NS3/4A 分子动力学模拟结合自由能计算自适应偏置力模拟拉伸分子动力学模拟 Metadynamics模拟耐药机制

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

咖啡酸、绿原酸抗H5N1禽流感病毒作用的分子模拟研究

咖啡酸、绿原酸抗H5N1禽流感病毒作用的分子模拟研究

引用

作者：任家毅暨南大学

学位级别：博士

背景:禽流感是由禽类A型流感病毒(Avian influenza A)引起的一类家禽传染性疾病。近年来,报道了许多人感染禽流感病毒的病例。在所有已知的人类禽流感病例中,由H5N1亚型禽流感病毒引起的症状最严重,分布也最为广范。咖啡酸(Caffeic acid... 详细信息

背景:禽流感是由禽类A型流感病毒(Avian influenza A)引起的一类家禽传染性疾病。近年来,报道了许多人感染禽流感病毒的病例。在所有已知的人类禽流感病例中,由H5N1亚型禽流感病毒引起的症状最严重,分布也最为广范。咖啡酸(Caffeic acid,CA)和绿原酸(Chlorogenic acid,CHA)是多种中药的活性成分,研究表明它们对流感病毒具有良好的抑制作用,可以作为影响病毒复制和传播的流感病毒神经氨酸酶(NA)的抑制剂。但是人们对其与流感病毒神经氨酸酶蛋白具体的结合模式及相互作用的关键氨基酸位点并不十分清楚。本文的主要目的是通过分子模拟技术研究咖啡酸、绿原酸和流感病毒神经氨酸酶之间的相互作用模式,探讨咖啡酸和绿原酸抗流感病毒作用机制,并对以咖啡酸为先导化合物的全新抗流感病毒神经氨酸酶药物分子设计进行初步的探讨。实验方法:1.用同源建模的方法对H5N1禽流感病毒神经氨酸酶的空间结构进行预测;2.探索不同力场、不同水溶剂模型及不同介电常数下,对神经氨酸酶-奥司他韦(NA-OS)复合物体系的分子动力学(MD)模拟及MM-PBSA方法计算结合自由能结果的影响,筛选出最佳的计算模型;3.利用分子对接计算,研究咖啡酸、绿原酸与流感病毒神经氨酸酶蛋白的相互作用模型,分析其关键氨基酸位点;4.利用虚拟突变,对流感病毒神经氨酸酶蛋白上的关键氨基酸与咖啡酸、绿原酸的结合,作出进一步的讨论;5.对以咖啡酸为先导化合物的全新抗流感病毒神经氨酸酶药物的分子设计进行初步的探讨。结果:1.在PDB数据库中找到了与高致病性禽流感病毒H5N1(Anhui2005)神经氨酸酶的氨基酸序列同源性最高的三个模板,分别为3CKZ＿A(同源性96%)、3B7E＿A(同源性91%)及3TI4＿B(同源性90%),利用Profile＿3D等方法评估初始模型,结果H5N1神经氨酸酶的387个氨基酸与其结构的相容性得分都在“0”以上,说明整体结构是合理的。2.在不同力场和水溶剂模型下,结合Gromacs与g＿mmpbsa工具来计算结合自由能,与公开发表的结合自由能值相比较,发现Amber99sb-tip3p-pdie4的计算模型能够模拟出正确的神经氨酸酶与小分子药物的空间结构,自由能值为-74.163±18.178k J/mol,其与参考值相符合。因此将Amber99sb-tip3p-pdie4作为最后推荐的最佳计算模型。3.咖啡酸与绿原酸都通过药物分子上的供氢体与受氢体,和神经氨酸酶活性腔中的Arg292、Arg371等位点形成氢键,用Amber99sb-tip3p-pdie4模型计算结合自由能,NA-CA和NA-CHA分别为-86.429±25.546和-52.015±19.987k J/mol,表明咖啡酸与神经氨酸酶的结合力要远强于绿原酸及奥司他韦与神经氨酸酶的结合力。4.以咖啡酸为先导化合物,利用片段生长的方法设计出了潜在的4个全新神经氨酸酶抑制剂C5-1、C5-2、C5-3及C5-4,它们与神经氨酸酶的结合自由能分别为-128.832±22.543、-99.296±26.942、-106.073±23.256和-88.657±19.646k J/mol。结论:咖啡酸、绿原酸分别通过其共有苯环上与奥司他韦相类似的结构,与流感病毒神经氨酸酶分子上的Arg292、Arg371位氨基酸形成氢键,发挥抗流感病毒的作用。以咖啡酸为先导化合物的药物分子设计,可以为开发全新的抗流感病毒药物提供理论上的支持。

关键词：咖啡酸绿原酸流感病毒神经氨酸酶分子对接分子动力学模拟结合自由能计算

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

基于分子动力学模拟研究芳基甲酰基哌啶衍生物对单酰基甘油脂肪酶的抑制机理

基于分子动力学模拟研究芳基甲酰基哌啶衍生物对单酰基甘油脂肪酶...

引用

作者：刘畅吉林大学

学位级别：硕士

近年来国内外抑郁症的发病率由于遗传、心理与社会环境等诸多方面的因素在不断上涨,这引起了科学界的广泛关注。目前抗抑郁类药物主要有选择性五羟色胺再摄取抑制药、三环类抗抑郁药、单胺氧化酶抑制剂以及去甲肾上腺素再摄取抑制剂等,... 详细信息

近年来国内外抑郁症的发病率由于遗传、心理与社会环境等诸多方面的因素在不断上涨,这引起了科学界的广泛关注。目前抗抑郁类药物主要有选择性五羟色胺再摄取抑制药、三环类抗抑郁药、单胺氧化酶抑制剂以及去甲肾上腺素再摄取抑制剂等,但由于抑郁症的发病机制尚未阐释清楚,这为后续特效药的开发带来了一定难度。最近的一些研究表明,内源性大麻素的失调与抑郁症的病理关系密切。内源性大麻素系统中的单酰基甘油脂肪酶是内源性大麻素2-花生四烯酸甘油水解的关键酶。因此,单酰基甘油脂肪酶成为了治疗抑郁症的潜在治疗靶点,为将来抗抑郁药物的设计提供了一个可行方向。最近,实验中针对单酰基甘油脂肪酶设计了一系列芳基甲酰基哌啶衍生物的竞争性抑制剂,可以显著地改善利血平诱导的抑郁行为。不可逆抑制剂对单酰基甘油脂肪酶活性的永久阻断,导致了大麻素受体1的持续激活,这可能会引起副作用的发生,而芳基甲酰基哌啶衍生物以可逆的方式暂时性的抑制酶的活性,从而减少副作用的发生。目前,单酰基甘油脂肪酶与芳基甲酰基哌啶衍生物之间的分子抑制机理尚不清楚。本文利用分子对接,分子动力学模拟,结合自由能计算等方法,研究了四个带有不同1-取代基的芳基甲酰基哌啶衍生物抑制剂与单酰基甘油脂肪酶的结合模式和抑制效果不同的机理。研究结果表明,四个芳基甲酰基哌啶衍生物抑制剂可以稳定的结合在盖结构域后面的疏水口袋内,阻碍自然底物的结合与水解,作为竞争性抑制剂发挥作用。在所有的四个复合物体系中,酶与抑制剂有相互作用的区域主要包括:抑制剂头部芳香环附近,抑制剂头部羰基氧附近,抑制剂尾部酰胺键附近和抑制剂尾部苯环附近四个区域。以残基为单位分解的结合自由能计算表明,尾部酰胺键附近区域的残基在四个复合物系统间结合自由能差异最大。结合构象分析可知,1-取代基的不同会使酶中柔性较大的盖结构域发生较明显的构象变化,从而造成抑制剂尾部不同程度的翻转。翻转导致尾部酰胺键指向不同,并使其与酶中一些电荷化残基间的相互作用有较大的变化,从而进一步导致尾部苯环的不同摆动。其中有些会造成幅度较大的摆动,并因此削弱头部羰基氧与附近蛋白的结合强度(该区域为所有酶-抑制剂相互作用最强的区域),使整体结合自由能减弱,抑制能力也相应减弱。本工作发现造成抑制剂尾部翻转的关键残基主要是Phe159,Ile179,Arg202以及Tyr194。当抑制剂结合到酶的活性位点时,这四个残基的构象会发生一系列变化,导致了亲疏水环境及氢键网络的改变,由此详细解释了抑制剂尾部翻转的原因。综上所述,研究中所得到的结果,可以为单酰基甘油脂肪酶抑制剂的设计提供一定的理论指导。

关键词：单酰基甘油脂肪酶抑制剂抑郁症分子动力学模拟结合自由能计算

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

建议与咨询留下您的常用邮箱和电话号码，以便我们向您反馈解决方案和替代方法

时间限定

文献类型

馆藏选择

核心期刊

语言

文献类型

帮助

文字说明：

检索规则说明：

检索范例：

分类表

所选分类

限定检索结果

文献类型

馆藏范围

日期分布

学科分类号

主题

机构

作者

语言

请选择保存的检索档案：

请选择收藏分类：

通借通还

建议与咨询 留下您的常用邮箱和电话号码，以便我们向您反馈解决方案和替代方法

时间限定

文献类型

馆藏选择

核心期刊

语言

文献类型

帮助

文字说明：

检索规则说明：

检索范例：

分类表

所选分类

限定检索结果

文献类型

馆藏范围

日期分布

学科分类号

主题

机构

作者

语言

请选择保存的检索档案： 新增检索档案 确定 取消

请选择收藏分类： 新增自定义分类 确定 取消

通借通还

建议与咨询留下您的常用邮箱和电话号码，以便我们向您反馈解决方案和替代方法

请选择保存的检索档案：

请选择收藏分类：