利用EGEE网格系统寻找对抗禽流感的药物

 亚洲和欧洲的实验室通力协作,利用科学电子化整合计划(EnableGridforE-science,EGEE)网格系统分析了30万种可能对抗禽流感病毒H5N1的药物成分,目的是寻找有效抑制禽流感病毒表面酶(即神经氨酸酶N1亚型)活性的成分。用网格系统确定最适于进行生物试验的成分,将加快药物的研制速度。这次计算机模拟开发新药的一个挑战,是确定能够与病毒活性位点对接以抑制其活动的分子。在4月的4个星期里,科学家利用2000台计算机(相当于1台计算机100年的运算量)研究了30万种对抗A型流感病毒神经氨酸酶8种结构的成分的分子对接,关系数据库中产生并存储了数据总量为600GB的6万多个文件。     

HIV蛋白酶多肽抑制剂的理论研究

艾滋病病毒的发现距今已有二十多年的历史了.它仍然以很快的速度在全球范围速蔓延.研发抗艾滋病药物是当代药学的重大课题之一.在以往研究的基础上,我们利用分子叠合和分子对接这两种分子模拟手段,把从PDB数据库中得到的与HIV蛋白酶结合的12个肽类分子和已经上市的抗艾滋病的药物Saquinavir做比较.根据结构相同或相近的分子具有相同的活性原理,运用分子叠合初部判断分子活性,特别是药效团的特征比对揭示了分子活性的原因,为进一步的药物设计奠定了良好的基础.进而采用分子对接的分子模拟方法对这12个肽类分子的活性构象进行了深入的分析,预测出了这12个分子对HIV病毒蛋白酶的不同抑制作用.研究发现:P01、P05、P09、P12可能与已知药物Saquinavir在与HIV蛋白酶结合时具有相似的活性,其中P9的活性最强,有望成为抗HIV药物的理想前体,为下一步的HIV药物的设计研究提供了理论依据.     

甲型流感病毒突变诱发的神经氨酸酶耐药性机制理论研究

甲型流感(A/HxNy)因其高传染性和高死亡率严重威胁人类健康、危害人类公共卫生安全而受到广泛关注. 神经氨酸酶(NA)通过靶向宿主细胞中的唾液酸(SIA)并与之相互作用进而达到释放子代病毒的目的. 由于其高度保守的催化中心结构,已成为药物设计的重要目标. 临床上已经出现了各种耐药的神经氨酸酶突变株,本工作对A/H7N9(N9亚型)由突变引发的耐药机制进行了详细探究. 通过分子动力学模拟和丙氨酸突变扫描结合相互作用熵方法来探索R294K突变前后N9和药物扎那米韦结合机制的差异. 研究结果表明,突变导致Arg294和Z药物扎那米韦之间的氢键断裂,并破坏了结合口袋附近热点残基与药物间的氢键网络,从而导致药物对N9的结合能力减弱,产生耐药性. 同时,来自A/H11N9的N9野生型与R292K突变型也被用于研究耐药性产生的机制. 预测的突变前后N9与5种抑制剂(SIA、DAN、药物扎那米韦、G28和G39)结合自由能的不同与实验值基本一致,验证了丙氨酸突变扫描结合相互作用熵方法用于本工作的可靠性. 此外,对关键残基的分析表明Arg292、Tyr406在野生型A/H11N9与药物的相互作用中表现为热点氨基酸. 然而,在突变型A/H11N9中,292残基对结合自由能没有明显有利的贡献,这可能会增强突变植株的抗药性. 相比之下,当SIA、药物扎那米韦和G28与突变型A/H11N9作用时,Tyr406仍保留热点残基的特征. 结合以上两组甲型流感病毒(N9亚型)的动力学模拟研究,推测了病毒抗药性主要是由氢键网络的破坏和热点的转变引起的. 该研究可以为治疗甲型流感(N9亚型)耐药突变的新型药物开发和药物优化提供理论指导.     

甲型流感病毒突变诱发的神经氨酸酶耐药性机制理论研究（英文）

甲型流感(A/HxNy)因其高传染性和高死亡率严重威胁人类健康、危害人类公共卫生安全面受到广泛关注.神经氨酸酶(NA)通过靶向宿主细胞中的唾液酸(SIA)并与之相互作用进而达到释放子代病毒的目的.由于其高度保守的催化中心结构,已成为药物设计的重要目标.临床上已经出现了各种耐药的神经氨酸酶突变株,本工作对A/H7N9(N9亚型)由突变引发的耐药机制进行了详细探究.通过分子动力学模拟和丙氨酸突变扫描结合相互作用熵方法来探索R294K突变前后N9和药物扎那米韦结合机制的差异.研究结果表明,突变导致Arg294和Z药物扎那米韦之间的氢键断裂,并破坏了结合口袋附近热点残基与药物间的氢键网络,从而导致药物对N9的结合能力减弱,产生耐药性.同时,来自A/H11N9的N9野生型与R292K突变型也被用于研究耐药性产生的机制.预测的突变前后N9与5种抑制剂(SIA、DAN、药物扎那米韦、G28和G39)结合自由能的不同与实验值基本一致,验证了丙氨酸突变扫描结合相互作用熵方法用于本工作的可靠性.此外,对关键残基的分析表明Arg292、Tyr406在野生型A/H11N9与药物的相互作用中表现为热点氨基酸.然而,在突变型A/H11N9中,292残基对结合自由能没有明显有利的贡献,这可能会增强突变植株的抗药性.相比之下,当SIA、药物扎那米韦和G28与突变型A/H11N9作用时,Tyr406仍保留热点残基的特征.结合以上两组甲型流感病毒(N9亚型)的动力学模拟研究,推测了病毒抗药性主要是由氢键网络的破坏和热点的转变引起的.该研究可以为治疗甲型流感(N9亚型)耐药突变的新型药物开发和药物优化提供理论指导.     

分子模拟在生物化学中的应用实例

分子模拟是一种描述和模拟分子和分子体系运动状态和性质的方法.随着电子计算机技术的飞速发展,分子模拟进入了一个前所未有的新时代.在此之前,人们只能通过机械模型和纸笔计算进行简单的分子模拟,现在通过利用电子计算机人们可以做更为复杂、更为全面的分子模拟.本文通过两个实例来简单阐述了分子模拟在生物化学中的应用.一则是通过模拟膦酰基氧化腈和丙乙腈的1,3偶极环加成反应过程,用密度泛函理论方法在B3LYP/6-31G(d,p)水平上解释了得到2∶1的加成产物的现象,来解释1,3偶极环加成反应得到2:1加成产物的现象.一则是通过结构生物信息学的方法建立H5N1高致病性禽流感病毒蛋白的三维结构,模拟其与一些药物分子的相互作用,研究H5N1的活性中心.     

5,6-二氢-2-吡喃酮作为HIV-1蛋白酶抑制剂的3D-QSAR和对接研究

本文采用分子对接法研究了24个5,6-二氢-2-吡喃酮衍生物与HIV-1蛋白酶的相互作用,并采用三维定量构效关系(3D-QSAR)研究了药物分子化学结构和生物活性之间的关系.最终得到模型的复相关系数(R_(cum)~2)为0.961、留一法交互校验复相关系数(Q_(cv)~2)为0.897,外部交互验证复相关系数(Q_(ext)~2)为0.880,从结果可以看出三维定量构效关系对化合物的抗艾滋病活性具有比较好的预测能力.然后通过分子对接研究了配体小分子和HIV-1蛋白酶活性氨基酸残基之间的结合模式,这些信息对于以后设计合成新的抗艾滋病药物具有一定的指导作用.     

基于支持向量机、支持向量回归和分子对接的CYP450 1A2抑制剂的发现研究

支持向量机,支持向量回归和分子对接的计算方法已广泛应用于化合物的药理活性计算。为了提高计算的准确性和可靠性,拟以细胞色素P450酶1A2为研究载体,运用建立的联合SVM-SVR-Docking计算模型预测潜在的CYP1A2抑制剂。其中,建立的最优SVM定性模型训练集,内部测试集和外部测试集的准确率分别为99.432%,97.727%和91.667%。最优SVR定量模型训练集和测试集的R和MSE分别为0.763,0.013和0.753,0.056。实验表明两个模型具有较高的准确性和可靠性。通过对SVM和SVR模型结果的比较分析,发现连接性指数、分子构成描述符和官能团数目等分子描述符可能与CYP1A2抑制剂的辨识和活性预测密切相关。随后利用分子对接技术分析化合物与CYP1A2的结合构象及相互作用的稳定性。形成氢键相互作用的关键氨基酸包括THR124,ASP320;形成疏水相互作用的关键氨基酸包括ALA317和GLY316。所获得模型可用于天然产物化学成分中CYP1A2潜在抑制剂的活性计算及其介导的药物-药物相互作用预测提供理论指导,也为合理联合用药提供一定参考。共获得20个对CYP1A2具有潜在抑制活性的化合物。部分结果与文献结果相互印证,进一步说明了模型的准确性和联合计算策略的可靠性.     

利用主成分分析和分层聚类分析法研究氟诺喹酮类药物分子结构活性关系

用密度泛函理论计算了12种具有抗肺炎链球菌的氟诺喹酮类药物分子的分子特性.利用主成分分析和分层聚类分析方法来简化氟诺喹酮类药物数据库的维数.主成分分析法表明,变量 E_(LUMO)、 Q_3、Q_5、Q_A、lgP、MR、VOL、ΔE_(HL)能够有效地对抗肺炎链球菌的氟诺喹酮类药物进行分类.分层聚类方法的结果和主成分分析方法的结果一致.这表明两种方法都能够对新的具有抗肺炎链球菌的氟诺喹酮类药物的分类提供一个可信的规律.利用主成分分析法和分层聚类分析法对其他6个氟诺喹酮类药物分子进行分析,结果都表明有两个药物分子具有较强的抗肺炎链球菌活性.此结果和临床结果相吻合.     

用分子对接方法预测HIV-1整合酶与金精三羧酸抑制剂的相互作用

用分子对接方法 (Docking)研究了HIV 1整合酶与其抑制剂金精三羧酸的结合过程 .为弄清金属离子在结合中所起的作用 ,选择含有一个Mg+ 2 或不含Mg+ 2 的两种不同的整合酶受体分别与金精三羧酸对接 .结果表明 ,Mg+ 2 对稳定配体与受体的结合起了重要作用 .金精三羧酸配体与含有一个金属Mg+ 2 的整合酶受体对接 ,最优结合自由能为 - 4 5 .19kJ/mol.当Mg+ 2 失去后 ,整合酶的活性中心构象将发生变化 ,使金精三羧酸抑制剂与整合酶的结合自由能 (- 2 4 .35kJ/mol)明显增加 .预测了未知的HIV 1整合酶与其抑制剂金精三羧酸的复合物结构 ,并可对基于结构的抗HIV 1整合酶的药物设计提供重要信息     

与金精三羧酸抑制剂的相互作用

用分子对接方法(Docking)研究了HIV-1整合酶与其抑制剂金精三羧酸的结合过程．为弄清金属离子在结合中所起的作用，选择含有一个Mg+2或不含Mg+2的两种不同的整合酶受体分别与金精三羧酸对接．结果表明，Mg+2对稳定配体与受体的结合起了重要作用．金精三羧酸配体与含有一个金属Mg+2的整合酶受体对接，最优结合自由能为-45．19kJ／mol.当Mg+2失去后，整合酶的活性中心构象将发生变化，使金精三羧酸抑制剂与整合酶的结合自由能(-24．35kJ／mol)明显增加．预测了未知的HIV-1整合酶与其抑制剂金精三羧酸的复合物结构，并可对基于结构的抗HIV-1整合酶的药物设计提供重要信息．     

L-天门冬氨酸对短声引起的豚鼠耳蜗电位的影响

以内含L-天门冬氨酸的人工外淋巴液灌流豚鼠耳蜗。在灌流过程中,鼓阶内记录耳蜗微音器电位(CM)和神经动作电位(APN_1)。并用计算机常规处理CM和APN_1。当用10mM和15mM的L-天门冬氨酸灌流时,显著增加短声诱发反应,但5mM的L-天门冬氨酸并不影响短声引起的活动。L-天门各氨酸可能包含于耳蜗传入突触内,并参与耳蜗传人突触的传递。     

用荧光方法检测HIV-1整合酶的体外活性

HIV-1整合酶是抗艾滋病药物研究的一个重要靶点。整合酶催化两步反应使病毒cDNA整合到宿主细胞基因组中, 该反应过程可以在体外利用重组蛋白和DNA底物实现。本研究构建了HIV-1整合酶表达载体, 在大肠杆菌中诱导表达, 亲和纯化得到重组整合酶蛋白, 利用荧光染料标记DNA底物分子和荧光标记抗体, 通过荧光信号检测整合酶对DNA的切割和连接两步反应, 达到检测整合酶体外活性的效果。该方法具有灵敏度高、特异性好等优点, 便于开展以整合酶为靶点的药物筛选等工作。     

氟诺喹酮类药物分子抗肺炎克雷伯氏菌的结构活性关系研究

利用主成分分析和分层聚类分析方法研究了具有抗肺炎克雷伯氏菌的氟诺喹酮类药物分子的结构活性关系．主成分分析方法表明变量ELUMO、ΔEHL、μ、Q3、Q5、QA、lgP、MP、MR能够有效地对抗肺炎克雷伯氏菌的氟诺喹酮类药物进行分类．分层聚类方法和主成分分析方法的结果一致．这表明两种方法都能够对新的具有抗肺炎克雷伯氏菌的氟诺喹酮类药物的分类提供一个可信的规律．利用主成分分析法和分层聚类分析法对其他4个氟诺喹酮类药物分子进行分析，结果都表明有三个药物分子具有较强的抗肺炎克雷伯氏菌活性，此结果和临床结果相吻合．     

利用荧光光谱法初步筛选芦笋抑制AGEs生成活性部位

采用葡萄糖-牛血清白蛋白体系,利用荧光光谱法对芦笋中抑制非酶糖化产物(AGEs)生成的活性组分进行了筛选。利用D101大孔吸附树脂对芦笋的正丁醇萃取物进行初步分离,用水和不同浓度的乙醇水溶液洗脱,然后对各洗脱物进行活性筛选。结果表明:正丁醇萃取物中含有较强的抑制AGEs生成的活性成分,其中80%乙醇洗脱组分抑制AGEs生成的IC50为0.024mg/mL。推测其主要活性成分可能为皂苷成分。     

光谱法和分子对接模拟技术研究异烟肼对人血清白蛋白和过氧化氢酶的特异性结合及抑制作用

异烟肼(Isoniazid, INH)是最常用的一线抗结核药物之一。据报道,人体内高浓度的异烟肼可导致癫痫, 肝功能衰竭, 甚至死亡。因此,研究异烟肼对人血清白蛋白(HSA)和过氧化氢酶(CAT)的结构和活性的潜在结合影响有利于评估其毒性和副作用。在模拟生理条件下,利用多种荧光光谱和分子对接技术研究INH与HSA和CAT之间的相互作用。所有荧光数据均进行了内滤光校正以获得更准确的结合参数。结果表明,INH-HSA和INH-CAT体系的猝灭常数(K_sv)随着温度的升高而降低,表明INH对HSA及CAT的荧光猝灭机理为静态猝灭。利用紫外-可见吸收光谱、同步荧光光谱、和圆二色(CD)光谱法研究了INH对HSA和CAT构象的影响。结果发现,INH可改变色氨酸残基的微环境并降低HSA和CAT中α-螺旋结构,导致蛋白质结构发生伸展,进而可能影响其生理功能。分子对接结果表明,INH与HSA的结合位点位于HSA的site Ⅰ,ⅡA子域。INH可以进入CAT中β-折叠的桶状空腔,从而抑制CAT的活性。Hill系数结果表明,INH与左氧氟沙星(LVFX,一种安全有效的二线抗结核药物,与其他抗结核药物联合使用可以提高抗结核疗效)之间存在药物协同性,促进INH与HSA的相互作用。另外,CD光谱测定表明INH与LVFX的协同作用改变HSA的二级结构,使α-螺旋结构降低约7.9%。该研究探讨了INH与HSA和CAT之间的结合作用和毒性机制,为INH的安全使用提供重要依据。     

光谱法和分子对接模拟技术研究异烟肼对人血清白蛋白和过氧化氢酶的特异性结合及抑制作用（英文）

异烟肼(Isoniazid,INH)是最常用的一线抗结核药物之一。据报道,人体内高浓度的异烟肼可导致癫痫,肝功能衰竭,甚至死亡。因此,研究异烟肼对人血清白蛋白(HSA)和过氧化氢酶(CAT)的结构和活性的潜在结合影响有利于评估其毒性和副作用。在模拟生理条件下,利用多种荧光光谱和分子对接技术研究INH与HSA和CAT之间的相互作用。所有荧光数据均进行了内滤光校正以获得更准确的结合参数。结果表明,INH-HSA和INH-CAT体系的猝灭常数(Ksv)随着温度的升高而降低,表明INH对HSA及CAT的荧光猝灭机理为静态猝灭。利用紫外-可见吸收光谱、同步荧光光谱、和圆二色(CD)光谱法研究了INH对HSA和CAT构象的影响。结果发现,INH可改变色氨酸残基的微环境并降低HSA和CAT中α-螺旋结构,导致蛋白质结构发生伸展,进而可能影响其生理功能。分子对接结果表明,INH与HSA的结合位点位于HSA的siteⅠ,ⅡA子域。INH可以进入CAT中β-折叠的桶状空腔,从而抑制CAT的活性。Hill系数结果表明,INH与左氧氟沙星(LVFX,一种安全有效的二线抗结核药物,与其他抗结核药物联合使用可以提高抗结核疗效)之间存在药物协同性,促进INH与HSA的相互作用。另外,CD光谱测定表明INH与LVFX的协同作用改变HSA的二级结构,使α-螺旋结构降低约7.9%。该研究探讨了INH与HSA和CAT之间的结合作用和毒性机制,为INH的安全使用提供重要依据。     

A3G蛋白结构与功能NMR研究的最新进展

A3G（apolipoprotin B mRNA-editing catalytic polypeptide 3 protein G）是一种天然抗病毒活性的胞嘧啶脱氨基酶,具有广谱的抗病毒作用,属于人体固有的免疫蛋白分子. 在HIV病毒复制过程中,A3G蛋白能进入新生成的病毒颗粒内部,诱导病毒cDNA胞嘧啶脱氨基化变为尿嘧啶,阻断病毒复制,从而导致病毒活性丧失. 最近几年,许多实验室以NMR技术和X射线衍射技术为基础,开展了一系列A3G蛋白的结构生物学和脱氨基化反应动态过程的研究,取得了具有重要意义的研究进展,为后期的研究工作提供了很好的新思路. 通过对这些工作进行总结,以期为我国艾滋病、乙肝病毒的防治,及相关药物分子的设计提供新的借鉴.     

双苯氟嗪盐酸盐和苯甲酸的共晶制备和谱学分析

药物共晶是改善药物活性成分(API)的物理化学特性的新技术和新思维,具有很大的应用潜力。本实验采用研磨法制备了双苯氟嗪盐酸盐(DF-HCl)和苯甲酸的共晶,应用红外光谱(IR)、拉曼光谱(Raman)、差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)和太赫兹光谱(THz)对共晶进行了表征。结果表明:双苯氟嗪盐酸盐与苯甲酸之间形成共晶分子,太赫兹谱的研究进一步表明两种分子之间有氢键形成。     

吡啶并嘧啶类Wee1激酶衍生物的三维定量构效关系与分子对接

采用比较分子场分析方法(CoMFA)和比较分子相似性指数分析方法(CoMSIA)对一系列吡啶并嘧啶类衍生物进行了三维定量构效关系(3D-QSAR)研究,建立了CoMFA和CoMSIA两种模型. 所构建的最佳模型的交叉验证相关系数分别为0.707和0.645,非交叉验证系数分别是0.964和0.972,模型的一些外部验证表明两个模型合理、可靠,并具有良好的预报能力. 同时,用分子对接的方法分析了该类化合物与Wee1激酶结构的作用模式,结果进一步表明,在R1和R5取代基上引入正电性基团,R2为体积小的电负性基团,同时选择体积中等和强的推电子的R3但亲水性的X取代基,能有效改善这类化合物的抑制活性.     

乙酰胆碱酯酶抑制剂多奈哌齐衍生物的理性设计

阿尔茨海默症是老年人群中常见的慢性神经退行性疾病,严重损害老年人健康与生活质量.目前临床常使用乙酰胆碱酯酶抑制剂多奈哌齐等作为治疗药物.本文通过分子模拟方法研究了多奈哌齐和乙酰胆碱酯酶的作用模式;基于研究结果,对多奈哌齐衍生物进行理性设计,获得了化合物1.分子对接及药代动力学性质预测结果显示,化合物1具有和多奈哌齐相似的作用模式和成药性质.同时,分子静电势表面分布结果显示,甲基的引入可增强化合物1与关键氨基酸残基F295之间的氢键相互作用,可能具有较多奈哌齐更理想的活性.此外,化合物1能制备得到稳定的光学纯异构体;有利于减少临床上药物的使用量,降低副作用发生几率,具有进一步研究的价值.