乙酰胆碱酯酶AChE与1,7-二氮杂咔唑抑制剂的作用机理的分子动力学模拟

通过分子对接、分子动力学（MD）模拟以及成键自由能分析方法,从原子水平上模拟研究了3种1,7-二氮杂咔唑衍生物（分别记为M1、M2和M3）与AChE的结合模式及相互作用机理,分析和讨论了研究体系的静电相互作用和范德华相互作用（vdW）。用MM-PBSA方法计算的3种抑制剂与AChE之间的结合自由能与抑制剂的实验生物活性数据（IC₅₀值）相对应。分析结果表明,残基S286与抑制剂之间形成的氢键作用有利于抑制剂与AChE之间的结合。范德华相互作用,尤其是抑制剂与关键残基W279和Y334的作用,对抑制剂与AChE之间的结合自由能有较大的贡献,在区分抑制剂M1（或M2）和M3的生物活性上发挥着重要的作用。     

乙酰胆碱酯酶与抑制剂分子对接的ABEEMσπ/MM研究

应用ABEEMσπ/MM方法,对乙酰胆碱酯酶抑制剂Tacrine(塔克宁)与组胺转甲基酶进行了分子对接.然后对乙酰胆碱酯酶与4种乙酰胆碱酯酶抑制剂的分子对接进行了研究.在研究中将受体分子固定,配体分子可自由移动,采用半柔性对接方式.通过对4种乙酰胆碱酯酶抑制剂与乙酰胆碱酯酶结合能大小的计算,得到结合能力大小顺序依次为:Donpezil(多奈哌齐)＞Huperzine(石杉碱甲)＞Rivastigmine(利发斯的明)＞Tacrine(塔克宁).这个顺序与实验中得到的乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制活性IC50值大小顺序相一致.为使用该方法进行抑制剂设计提供参考.     

2-芳基-3,4-二氮杂芴酮和2-芳基-3,4-二氮杂螺二芴衍生物的合成

水合茚三酮与芳甲基酮、水合肼缩合环化制得2-芳基-3,4-二氮杂芴酮(2); 2经还原得2-芳基-3,4-二氮杂芴(3).2与2-溴联苯格氏试剂反应得到中间体叔醇(4); 4在酸性条件下关环合成了2-芳基-3,4-二氮杂螺二芴,其结构经1H NMR,13C NMR和元素分析表征.     

6-羟基石松碱与乙酰胆碱酯酶的相互作用

目前治疗阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)的主要药物为乙酰胆碱酯酶抑制剂(AChEI).为探讨石松碱类化合物对AChE的抑制作用,以6-羟基石松碱(6-hydroxylycopodine,HLD)为对象,应用核磁共振、分子对接、酶活性测定、分子动力学模拟及自由能分析,研究了HLD与AChE的相互作用.研究发现6-羟基石松碱对乙酰胆碱酯酶具有混合型抑制作用,其结合作用主要来自氢键和范德华作用.     

PTPlB和1，2-萘醌类抑制剂的分子动力学模拟

采用分子动力学和分子力学相结合的方法，研究了一类1，2-萘醌类抑制剂与酪氨酸蛋白磷酸酯酶PTP1B之间的相互作用模式．计算得到的抑制剂和靶酶之间的相互作用模式显示范德华相互作用、疏水相互作用以及氢键作用是主要的作用模式．计算结果还表明抑制剂和PTP1B的相互作用能△E越低，抑制剂活性越高．通过计算各种能量对△E的贡献，以及对复合物结构参数的分析，发现抑制剂和受体之间疏水相互作用是造成抑制剂活性差别的主要原因．这为设计其他非酸类抑制剂提供了信息．     

纳米氧化钛与小鼠乙酰胆碱酯酶的作用关系

纳米TiO₂已在各领域得到广泛应用, 由于其小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等性质因而具有很强的生物学效应, 易进入人体内, 因而担心对人的健康构成潜在危害作用, 但其作用机制不明朗. 通过体内和体外实验相结合的研究方法, 运用光谱学的手段, 研究了纳米TiO₂颗粒与乙酰胆碱酯酶(AChE)结构-功能的作用关系. 结果表明, 在体内, 随着纳米TiO₂颗粒处理剂量的增加, AChE活性明显增加. 在体外, 一定浓度范围内纳米TiO₂颗粒对AChE有显著的激活作用. 光谱学分析证实纳米TiO₂颗粒与AChE直接发生结合作用, 强结合位点数为1.6个, 结合常数为2.56×10⁷ L•mol^－1, 而弱结合位点的结合常数为3.06×10⁶ L•mol^－1. 过多纳米TiO₂颗粒的结合将导致AChE去折叠并破坏其二级结构. 提示纳米TiO₂颗粒处理引起小鼠体内AChE活性的变化可能与纳米TiO₂颗粒结合后引起AChE的结构变化有密切关系.     

N-苯基-1,7-二硒杂-4-氮杂[7]二茂铁环蕃的合成、晶体结构及其光电性质研究

合成了N-苯基-1,7-二硒杂-4-氮杂-[7]二茂铁环蕃(1),并用核磁、质谱、单晶X-射线衍射进行了表征。晶体结构测试结果表明1是属于正交晶系的Ibca空间群,晶胞参数a=0.954 74(2)nm,b=0.959 58(2)nm,c=7.859 0(2)nm,其中晶胞参数c值很长,这种现象在N-Se杂大环中很少见。光谱研究显示1仅对Hg2+和Cu2+的加入产生响应,表现为紫外最大吸收峰的红移和荧光淬灭。     

N-苯基-1,7-二硒杂-4-氮杂[7]二茂铁环蕃的合成、晶体结构及其光电性质研究

合成了N-苯基-1,7-二硒杂-4-氮杂-[7]二茂铁环蕃（1）,并用核磁、质谱、单晶X-射线衍射进行了表征。晶体结构测试结果表明1是属于正交晶系的Ibca空间群,晶胞参数a=0.95474（2）nm,b=0.95958（2）nm,c=7.8590（2）nm,其中晶胞参数c值在N-Se杂大环中很少见。光谱研究显示1仅对Hg²⁺和Cu²⁺的加入产生响应,表现为紫外最大吸收峰的红移和荧光淬灭。     

PTP1B和1,2-萘醌类抑制剂的分子动力学模拟

采用分子动力学和分子力学相结合的方法 ,研究了一类 1,2 萘醌类抑制剂与酪氨酸蛋白磷酸酯酶PTP1B之间的相互作用模式 .计算得到的抑制剂和靶酶之间的相互作用模式显示范德华相互作用、疏水相互作用以及氢键作用是主要的作用模式 .计算结果还表明抑制剂和PTP1B的相互作用能ΔE越低 ,抑制剂活性越高 .通过计算各种能量对ΔE的贡献 ,以及对复合物结构参数的分析 ,发现抑制剂和受体之间疏水相互作用是造成抑制剂活性差别的主要原因 .这为设计其他非酸类抑制剂提供了信息     

Design of Novel IRAK4 Inhibitors Using Molecular Docking,Dynamics Simulation and 3D-QSAR Studies

Treatment of several autoimmune diseases and types of cancer has been an intense area of research over the past two decades. Many signaling pathways that regulate innate and/or adaptive immunity, as well as those that induce overexpression or mutation of protein kinases, have been targeted for drug discovery. One of the serine/threonine kinases, Interleukin-1 Receptor Associated Kinase 4 (IRAK4) regulates signaling through various Toll-like receptors (TLRs) and interleukin-1 receptor (IL1R). It controls diverse cellular processes including inflammation, apoptosis, and cellular differentiation. MyD88 gain-of-function mutations or overexpression of IRAK4 has been implicated in various types of malignancies such as Waldenström macroglobulinemia, B cell lymphoma, colorectal cancer, pancreatic ductal adenocarcinoma, breast cancer, etc. Moreover, over activation of IRAK4 is also associated with several autoimmune diseases. The significant role of IRAK4 makes it an interesting target for the discovery and development of potent small molecule inhibitors. A few potent IRAK4 inhibitors such as PF-06650833, RA9 and BAY1834845 have recently entered phase I/II clinical trial studies. Nevertheless, there is still a need of selective inhibitors for the treatment of cancer and various autoimmune diseases. A great need for the same intrigued us to perform molecular modeling studies on 4,6-diaminonicotinamide derivatives as IRAK4 inhibitors. We performed molecular docking and dynamics simulation of 50 ns for one of the most active compounds of the dataset. We also carried out MM-PBSA binding free energy calculation to identify the active site residues, interactions of which are contributing to the total binding energy. The final 50 ns conformation of the most active compound was selected to perform dataset alignment in a 3D-QSAR study. Generated RF-CoMFA (q² = 0.751, ONC = 4, r² = 0.911) model revealed reasonable statistical results. Overall results of molecular dynamics simulation, MM-PBSA binding free energy calculation and RF-CoMFA model revealed important active site residues of IRAK4 and necessary structural properties of ligand to design more potent IRAK4 inhibitors. We designed few IRAK4 inhibitors based on these results, which possessed higher activity (predicted pIC₅₀) than the most active compounds of the dataset selected for this study. Moreover, ADMET properties of these inhibitors revealed promising results and need to be validated using experimental studies.     

谷氨酰胺结合蛋白的分子动力学模拟和自由能计算

谷氨酰胺结合蛋白(Glutamine-binding protein, GlnBp)是大肠杆菌透性酶系统中一个细胞外液底物专一性结合蛋白, 对于细胞外液中谷氨酰胺(Gln)的运输和传递至关重要. 本文运用分子动力学(Molecular dynamics, MD)模拟采样, 考察了GlnBp关键残基与底物Gln之间的相互作用和GlnBp两条铰链的功能差别; 并采用MM-PBSA方法计算了GlnBp与底物Gln的结合自由能. 结果表明: Ph13, Phe50, Thr118和Ile69与底物Gln的范德华相互作用和Arg75, Thr70, Asp157, Gly68, Lys115, Ala67, His156与底物Gln的静电相互作用是结合Gln的主要推动力; 复合物的铰链区85～89柔性大, 对构象开合提供了结构基础; 而铰链区181～185柔性小, 其作用更多是在功能上把底物Gln限制在口袋中; 自由能预测值与实验值吻合. 本研究很好地解释了GlnBp结构与功能的关系, 为进一步了解GlnBp的开合及转运Gln的机制提供了重要的结构信息.     

分子动力学模拟研究质子化态在HIV-1 Protease-Indinavir复合物中的作用

I 型人体免疫缺陷病毒(HIV-1)蛋白酶中Asp25/Asp25'的质子化对于理论研究HIV-1 蛋白酶和抑制剂的作用机制
以及氨基酸变异对抗药性的影响有重要意义. 分别对Protease-Indinavir (PR-IDV)复合物的六种可能的质子化态进行了
5 ns 的分子动力学模拟, 分析了不同状态对动力学特征和结构的影响, 用molecular mechanics/Possion-Boltzman surface
area (MM-PBSA)方法计算了PR 和IDV 在各种状态下的结合自由能. 计算结果说明A 链Asp25 的OD2 的质子化是最
为可能的状态. 对PR-IDV 复合物中起到媒介作用的水分子与PR-IDV 复合物形成的氢键进行了分析, 分析结果说明不
同的质子化态对水分子在PR-IDV 复合物中所起的媒介作用没有影响, 这一结果与我们先前对PR-BEA369 复合物的研
究不同. 我们的研究结果为更高效的PR 抑制剂的设计以及PR 氨基酸变异对药物抗药性的研究提供了理论上的指导.     

洋刀豆脲酶与抑制剂相互作用的分子对接和分子动力学研究

通过洋刀豆脲酶抑制剂的筛选实验得到具有较好抑制活性的化合物2-乙酰基-γ-丁内酯(COM), 其半数抑制浓度在微摩尔浓度级别(IC₅₀＝375 μmol•L^－l). 在此基础上, 使用分子对接和分子动力学(MD)模拟的方法研究洋刀豆脲酶与抑制剂乙酰氧肟酸(AHA)及活性化合物COM之间的相互作用. 用Gold3.0程序将两个小分子与洋刀豆脲酶的晶体结构进行对接, 对接得到的复合物模型使用Amber程序进行MD模拟研究. 模拟过程中, 脲酶结构中的双核镍离子活性中心选用non-bonded模型. 研究结果显示: AHA与洋刀豆脲酶结合时, Ni(1)和Ni(2)均为五配位|COM与洋刀豆脲酶结合时Ni(1)为五配位, Ni(2)为六配位的结合模型更加合理. 这些研究为了解洋刀豆脲酶与抑制剂之间的相互作用提供了重要的参考信息.     

HIV-1整合酶链转移抑制剂的3D-QSAR、分子对接和分子动力学模拟研究

为了获得高活性、结构新颖的整合酶链转移(INST)抑制剂,本文采用Co MFA和Co MSIA两种方法对32个萘啶类INST抑制剂进行了三维定量构效关系研究,并建立了相关模型,其交叉验证系数分别为q~2=0. 809和q~2=0. 816,拟合验证系数分别为r~2=0. 998和r~2=0. 981,表明所建立的模型是可靠的且具有一定的预测能力。利用分子对接探讨小分子化合物与INST蛋白的相互作用模式,结果表明,萘啶类化合物主要通过疏水作用和氢键作用与INSTIs蛋白结合。最后通过分子动力学模拟进一步验证对接结果发现,对接的结合模式与分子动力学模拟得到的结果是一致的。本研究获得的综合模型和推论可以为开发有效的HIV INSTIs提供重要的理论信息。     

葡萄糖苷酶抑制剂作用机理的分子动力学模拟和自由能计算

含有锍离子的葡萄糖苷酶抑制剂如kotalanol (SK)和它除去磺酸基团后的衍生物(DSK), 是潜在的毒副作用较小的治疗II 型糖尿病的候选药物. α-葡萄糖苷酶抑制活性实验显示, DSK活性比SK略高, 而将二者环上的S原子替换成NH后(分别称为DSN和SN), DSN的活性要比SN高1500倍左右. 本文用分子动力学模拟, 结合自由能计算和自由能分解的方法对上述四个抑制剂的作用机理进行了研究. 研究结果表明活性的巨大差异是由NH基团取代效应和磺酸基团立体效应共同作用的结果, 由于N―C键长比S―C键长短, NH基团取代导致烷基链的翻转, 同时, 磺酸基团限制了链的翻转, 因此改变了抑制剂的结合模式. 计算结果与实验基本一致.本文的研究结果有助于进一步理解含锍离子的葡萄糖苷酶抑制剂的结合机理, 并为设计更有潜力的葡萄糖苷酶抑制剂提供了有价值的信息.     

Insight into the Inhibitory Mechanism of Aryl Formyl Piperidine Derivatives on Monoacylglycerol Lipase through Molecular Dynamics Simulations

Monoacylglycerol lipase (MAGL) can regulate the endocannabinoid system and thus becomes a target of antidepressant drugs. In this paper, molecular docking and molecular dynamics simulations, combined with binding free energy calculation, were employed to investigate the inhibitory mechanism and binding modes of four aryl formyl piperidine derivative inhibitors with different 1-substituents to MAGL. The results showed that in the four systems, the main four regions where the enzyme bound to the inhibitor included around the head aromatic ring, the head carbonyl oxygen, the tail amide bond, and the tail benzene ring. The significant conformational changes in the more flexible lid domain of the enzyme were caused by 1-substituted group differences of inhibitors and resulted in different degrees of flipping in the tail of the inhibitor. The flipping led to a different direction of the tail amide bond and made a greater variation in its interaction with some of the charged residues in the enzyme, which further contributed to a different swing of the tail benzene ring. If the swing is large enough, it can weaken the binding strength of the head carbonyl oxygen to its nearby residues, and even the whole inhibitor with the enzyme so that the inhibition decreases.     

DCN1-UBE2M相互作用抑制剂的3D-QSAR、分子对接和分子动力学研究

类泛素化是一种蛋白质翻译后修饰,其异常会导致神经退行性疾病和多种肿瘤的发生,因此它被视为有希望的抗肿瘤靶标.研究表明,抑制DCN1-UBE2M相互作用可选择性阻遏类泛素化.本文基于哌啶基脲类DCN1-UBE2M相互作用抑制剂进行3D-QSAR、分子对接和分子动力学模拟研究.利用3D-QSAR中的CoMFA和CoMSIA...