PI3Kα抑制剂的虚拟筛选、分子动力学模拟及活性验证

磷脂酰肌醇-3激酶信号通路的异常激活与肿瘤的发生与发展密切相关,被视为开发癌症治疗药物的关键靶点之一。本次实验采用基于靶点的虚拟筛选方法,根据Lipinski’s规则和PAINS规则对ZINC15化合物数据库进行类药性筛选并从中过滤出来500万个化合物,使用分子对接软件Autodock-vina将这批化合物对接到PI3Kα蛋白激酶(PDB ID:2RD0)的活性口袋中,通过聚类分析去除结构相似度高的化合物,应用ADMETlab评价化合物的成药性,随后对精筛出来的化合物做进一步的体外活性测试。采用分子动力学模拟和MM-GBSA方法验证复合物体系的稳定性,最终获得4个潜在的PI3Kα靶向小分子抑制剂。化合物ZINC33127329的生物活性在微摩尔级别,其IC₅₀值为8.79±2.58μmol/L。研究活性化合物与PI3Kα蛋白激酶的互作模式,揭示该化合物的构效关系,为设计选择性高,效力强的靶向PI3Kα蛋白激酶抑制剂提供了一定的理论指导与设计思路。     

基于分子对接的thanatin与NDM-1分子动力学模拟研究

耐碳青霉烯类抗生素的超级细菌给人类健康带来了严重威胁,其所携带的金属 β-内酰胺酶编码基因是耐药性的主要来源。NDM-1作为其中传播最广、活性最强的 β-内酰胺酶,其抑制剂的研发刻不容缓。具有广谱作用的抗菌肽thanatin对NDM-1展现出了较好的抑制效果,但抑制机理并不清楚。本文使用HPEPDOCK与Rosetta FlexPepDock服务器,将thanatin与NDM-1进行了分子对接,并使用Desmond软件包对对接模型进行了分子动力学模拟。结果表明,thanatin与NDM-1活性中心的Zn2+ 并无直接相互作用,而作为竞争性抑制剂结合于NDM-1的活性口袋,阻止抗生素分子进入活性口袋与Zn2+ 结合,从而抑制NDM-1的水解活性。本文为研发有效的NDM临床抑制剂探索了可行的方法。     

C5烷烃分子在AlPO4-5分子筛中吸附的分子模拟研究

采用分子水平计算机模拟方法研究了环戊烷、正戊烷和2－甲基丁烷在AlPO4-5分子筛中的吸附，得到了有关吸附平衡常数、吸附热、吸附等温线以及平均势能等。结果表明，在373 K，2－甲基丁烷的饱和吸附量高于其他两种异构体；473 K，环戊烷的饱和吸附量高于其他两种异构体；573 K，在所测试的压力范围内，环戊烷的吸附量都高于其他两种异构体，2－甲基丁烷的吸附量高于正戊烷。C5烷烃分子在AlPO4-5中吸附量的不同是由于他们在分子筛中的排列方式不同而引起的。低吸附量时C5烷烃分子平均势能不随吸附量变化；高吸附量时平均势能随着吸附量的增加而降低；而2－甲基丁烷和环戊烷分子的平均势能变化更加明显。     

分子对接与分子动力学模拟法探究PI3Kδ/度维利塞(Duvelisib)的选择性结合

大量研究表明磷脂酰肌醇3-激酶δ(PI3Kδ)与多种恶性肿瘤及免疫疾病的发生、发展密切相关,因此成为一个备受关注的药物靶点.伊德利塞(Idelalisib),PI3Kδ抑制剂,是首个被FDA批准上市的PI3K抑制剂,以此开启了PI3 Kδ选择性抑制剂开发的热潮,但是严重的毒副作用阻碍了该类化合物的使用.随后,度维利塞(...     

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...     

5-硝基-1H-吲哚-2-羧酸与牛血红蛋白相互作用的分子模拟与光谱研究

运用密度泛函理论B3LYP/6-31G*方法对5-硝基-1H-吲哚-2-羧酸(NIA)的几何构型进行了全优化.在这基础上,用分子对接技术确定了NIA与牛血红蛋白(BHb)之间的作用位点、作用力类型及相互作用能.理论计算的结果表明NIA和BHb相互作用的静电能是-208.9 kcal*mol-1,范德华能为-180.5 kcal*mol-1,势能为-389.4 kcal*mol-1.NIA与BHb中A链上的Leu129、Ser133残基形成氢键,而NIA分子中的骨架苯环部分易与疏水氨基酸,包括产生荧光的Tyr残基等发生作用,这与 NIA能使BHb荧光淬灭的实验结果是一致的.     

2'-羟基-2,4-二溴二苯醚与人血清白蛋白作用机制的光谱研究与计算模拟

采用分子对接、分子动力学模拟和光谱法研究了2'-羟基-2,4-二溴二苯醚(2'-OH-BDE-7)与人血清白蛋白(HSA)的相互作用.同步荧光光谱研究表明,2'-OH-BDE-7诱导HSA的构象产生变化,并与分子动力学模拟的结果相吻合.荧光光谱表明,2'-OH-BDE-7能引起HSA荧光猝灭,且其作用机制为静态猝灭和非辐射能量转移.热力学分析得出ΔG0,ΔH0和ΔS0,表明氢键和范德华力在HSA-2'-OH-BDE-7的体系中起着重要作用.竞争实验和分子对接结果表明2'-OH-BDE-7主要结合在HSA的位点Ⅰ.将计算模拟和光谱实验研究相结合,为研究小分子和蛋白质相互作用机制提供更多的信息.     

分子动力学模拟3(5)-(9-蒽基)吡唑分子在自组装膜上的选择性沉积

采用平衡分子动力学和拉伸分子动力学模拟方法研究了模板诱导有机发光小分子3(5)-(9-蒽基)吡唑(ANP)在自组装膜上的选择性沉积,并利用伞形取样方法和加权柱状图分析法计算了沉积过程的均力势.模拟中以二氧化硅为底板分别构筑2种不同密度的烷烃链自组装膜模板,即低密度的液体扩展相和高密度的液体压缩相.平衡分子动力学结果显示,ANP分子容易沉积至低密度的液体扩展相中,难以沉积至高密度的液体压缩相中.拉伸分子动力学结果表明,当ANP分子沉积至液体压缩相表面时,在进入烷烃膜时遇到较大阻力,因而不易进入到烷烃链单层膜中;而ANP分子在进入液体扩展相的过程中受到的阻力较小.通过比较这2种不同密度自组装膜与ANP分子之间的结合自由能,发现ANP分子进入液体压缩相的能垒较高,而ANP分子与液体扩展相结合更加稳定,导致有机发光小分子在不同密度的模板上具有选择吸附性.所得模拟结果与实验现象一致,在分子水平上为实验提供了更加丰富的微观信息.     

基于多光谱方法和计算模拟的细胞色素CYP1A2与阿奇霉素的结合机制研究

为了解阿奇霉素(AZI)在模拟的人体环境中与CYP1A2的结合情况,探索AZI在人体内的转化机制,本论文使用分子对接、分子动力学模拟、荧光光谱、紫外分光光度法、傅立叶变换红外光谱、圆二色光谱等多种实验方法,阐明AZI与CYP1A2之间的相互作用机制。分子对接结果表明AZI与CYP1A2的结合方式是半包裹并且以疏水作用力相结合。分子动力学模拟结果表明,CYP1A2-AZI复合物的均方根偏差(RMSD)值增大;均方根波动(RMSF)值表明复合物体系柔性较大;回旋半径(Rg)值表明蛋白质特定区域的结构松散。荧光猝灭光谱实验表明,CYP1A2与AZI是以静态猝灭机制结合在一起。热力学参数表明AZI与CYP1A2之间的主导作用力为疏水作用力。时间分辨光谱表明AZI对CYP1A2的机制为静态猝灭。紫外光谱实验表明AZI与CYP1A2反应生成了复合物。红外光谱实验结果表明CYP1A2的二级结构含量发生了改变。圆二色光谱证实AZI对CYP1A2的二级结构产生影响。     

金丝桃素分子结构及其与HIV病毒蛋白酶作用的分子动力学研究

采用用计算化学方法研究金丝桃素分子结构特征, 并用分子动力学方法研究其与HIV蛋白酶的相互作用, 探讨其可能的抗HIV病毒作用机理. 结果表明, 金丝桃素分子结构具有刚性特征, 与HIV蛋白酶在酶的催化活性位点与ASP-A25 and ASP-B25以氢键作用相结合.     

基于分子动力学模拟的TRPM8通道门控特性分析

TRPM8通道的温度感知等生理功能依赖于正常的门控, 但现有晶体结构中S6跨膜螺旋C末端形成的门控结构存在氨基酸缺失, 所以其门控特性未能揭晓. 本文基于已有的晶体结构和AlphaFold算法构建了 11个完整不同构象的TRPM8通道, 发现其S6跨膜螺旋C末端构成的门控存在回环和螺旋2种构象. 在回环构象中, 多个氨基酸参与形成阻碍离子通透的孔道区; 而在螺旋构象中, 仅有关键氨基酸V956发挥门控作用. 由于回环构象的柔性大于螺旋构象, 导致回环构象参与阻碍离子通透的关键氨基酸构象和数量变化多样. 二级结构预测与模建结果表明, S6跨膜螺旋C末端存在回环构象向螺旋构象的转变, 此过程中柔性的回环构象结构域向胞外侧上移, 关键氨基酸向孔道衬外扭转, 增强了与相邻跨膜螺旋S5的相互作用以及S5与TRP螺旋之间的相互作用, 进而形成刚性、 稳定且有序的螺旋构象. 这增加了TRPM8通道各结构域间的协同性, 使能量信息更高效地传递到门控结构域, 为TRPM8通道开启蓄势.     

血管紧张素转换酶与抑制肽结合模式的分子动力学研究

应用分子模拟方法研究了血管紧张素转换酶(Angiotensin-converting enzyme,ACE)C端结构域(C-domain)与两种抑制肽(RIGLF/AHEPVK)的结合机制,预测了两个体系的结合模式,提出在C-domain-RIGLF中His353,Asp377,Asp453,Phe457,His513,Tyr523和Phe527为RIGLF主要结合残基,而在C-domainAHEPVK中Gln281,His353,Ser355,Glu384,Lys511,His513和Tyr523等残基起关键作用.应用结合自由能计算比较了两个体系的结合能力,结果表明,RIGLF和AHEPVK均与C-domain活性位点残基存在较强作用,且AHEPVK对C-domain的结合能力较强,与实验结果一致.     

基于分子动力学模拟的VmoLac非特异性底物催化活性的理论研究

采用分子动力学模拟方法研究了VmoLac的非特异性底物催化活性, 模拟了VmoLac/3-oxo-C10-AHL, VmoLac/3-oxo-C6-AHL, VmoLac/γ-nonalacton和VmoLac/ethyl-paraoxon 4个复合物. 分析了分子动力学模拟过 程中不同底物结合引起VmoLac构象变化的主要原因. 结果表明, 3-oxo-C10-AHL和γ-nonalacton的结合会使VmoLac活性口袋附近的Loop8结构域运动明显, 利于底物结合在Loop8疏水通道外侧进而引起催化反应; VmoLac活性口袋周围的门控残基W264和Y230之间距离的变化会影响底物的结合; Y98与长链内酯、 壬内酯的羰基碳之间形成的进攻距离较小, 而与短链内酯的羰基碳以及对氧磷的磷原子之间形成的进攻距离较大, 短的距离更有利于发生亲核进攻反应; D257是引发VmoLac催化反应的关键残基; 当VmoLac催化3-oxo-C10-AHL和γ-nonalacton时, D257与极化水以及底物形成更多的氢键, 使底物与酶更容易结合. 从理论催化机制角度解释了VmoLac催化长链内酯(3-oxo-C10-AHL)比短链内酯(3-oxo-C6-AHL)的能力强, 催化壬内酯(γ-nonalacton)比对氧磷(ethyl-paraoxon)能力强的原因, 为实验结果提供了理论证明.     

Studying the Binding Modes of Novel 2-Aminopyridine Derivatives as Effective and Selective c-Met Kinase Type 1 Inhibitors Using Molecular Modeling Approaches

The mesenchymal epithelial cell transforming factor c-Met, encoded by c-Met proto-oncogene and known as a high-affinity receptor for Hepatocyte Growth Factor (HGF), is one of the receptor tyrosine kinases (RTKs) members. The HGF/c-Met signaling pathway has close correlation with tumor growth, invasion and metastasis. Thus, c-Met kinase has emerged as a prominent therapeutic target for cancer drug discovery. Recently a series of novel 2-aminopyridine derivatives targeting c-Met kinase with high biological activity were reported. In this study, 3D quantitative structure-activity relationship (QSAR), molecular docking and molecular dynamics simulations (MD) were employed to research the binding modes of these inhibitors.The results show that both the atom-based and docking-based CoMFA (Q² = 0.596, R² = 0.950 in atom-based model and Q² = 0.563, R² = 0.985 in docking-based model) and CoMSIA (Q² = 0.646, R² = 0.931 in atom-based model and Q² = 0.568, R² = 0.983 in docking-based model) models own satisfactory performance with good reliabilities and powerful external predictabilities. Molecular docking study suggests that Tyr1230 and Arg1208 might be the key residues, and electrostatic and hydrogen bond interactions were shown to be vital to the activity, concordance with QSAR analysis. Then MD simulation was performed to further explore the binding mode of the most potent inhibitor. The obtained results provide important references for further rational design of c-Met Kinase type I inhibitors.     

CYP2C9酶与Warfarin结合模型的立体选择性理论研究

对CYP2C9酶与S-Warfarin复合物的晶体结构进行分子对接、分子动力学模拟、通道分析及结合自由能计算,发现原晶体结构中的结合模式为"亚稳态",提出了CYP2C9与S-Warfarin结合的可催化模式;比较了CYP2C9与S-和R-Warfarin结合的异同,确定了在结合过程中起重要作用的锚定氨基酸残基,尤其是位于活性位点区域的苯丙氨酸簇.在结合过程中这些残基通过芳香环的移动对稳定底物的结合模式起到至关重要的作用,阐明了该酶呈现相关底物选择性的原因.对于CYP2C9与底物对接模式及立体选择性的研究有助于在分子层面上理解特异性底物与酶的结合特点,为潜在的药物设计提供了合理可信的理论依据.     

In silico exploration of binding potentials of anti SARS-CoV-1 phytochemicals against main protease of SARS-CoV-2

The phytochemicals can play complementary medicine compared to synthetic drugs considering their natural origin, safety, and low cost. Phytochemicals hold a key position for the expansion of drug development against corona viruses and need better consideration to the agents that have already been shown to display effective activity against various strains of corona viruses. In this study, we performed molecular docking studies on potential forty seven phytochemicals which are SARS-CoV-1 M^pro inhibitors to identify potential candidate against the main proteins of SARS-CoV-2. In Silico Molecular docking studies revealed that phytochemicals 16 (Broussoflavan A), 22 (Dieckol), 31 (Hygromycin B), 45 (Sinigrin) and 46 (Theaflavin-3,3′-digallate) exhibited excellent SARS-CoV-2 M^pro inhibitors. Furthermore, supported by Molecular dynamics (MD) simulation analysis such as Root Mean Square Deviation (RMSD), Root Mean Square Fluctuation (RMSF), Radius of gyration (Rg) and H-bond interaction analysis. We expect that our findings will provide designing principles for new corona virus strains and establish important frameworks for the future development of antiviral drugs.     

聚乙烯唑啉作用下甲烷水合物分解的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟系统研究了不同质量浓度下(1.25%、2.50%、6.06%)聚乙烯唑啉(PEtO)对甲烷水合物的分解作用. 模拟体系为甲烷水合物2′2′2的超胞和聚合物对接体系. 模拟发现水分子间氢键构架的水合物笼型结构在PEtO的作用下出现扭曲, 最终导致水合物笼型结构完全坍塌. 通过氧原子径向分布函数、均方位移以及扩散系数比较不同浓度PEtO的作用, 证实在一定浓度范围内, PEtO的浓度越高, 其水合物分解作用越强. 此外, PEtO 具有一定的可生物降解性. PEtO 对水合物的作用为: PEtO 吸附在水合物表面, 其中的酰胺基(N―C＝O)与成笼的水分子形成氢键, 破坏邻近的笼形结构, 令水合物分解; PEtO不断分解表面的水合物, 直到水合物笼完全分解.