ω-芋螺毒素的定量构效关系与虚拟筛选

ω-芋螺毒素属于海洋生物活性多肽,由24-31个氨基酸残基组成.特异性作用于电压敏感的钙离子通道(VGCCs),能够直接开发成药物或作为先导化合物进行新药开发.本文应用新型氨基酸残基结构描述符cscales和遗传偏最小二乘算法,对ω-芋螺毒素进行定量构效关系(QSAR)研究,并设计、构建了容量为2244个化合物的N-型和P/Q-型VGCC拮抗剂虚拟组合多肽库,然后分别采用QSAR模型预测和相似性搜索方法对组合多肽库进行了虚拟筛选.研究结果表明,建立的N-型和P/Q-型VGCC拮抗剂QSAR模型均具有较好的预测能力,交叉验证相关系数(CV-r2)均大于0.89.主成分分析和聚类分析结果表明,虚拟组合多肽库中化合物具有较好的结构多样性和差异性.通过虚拟筛选,得到了具有高预测活性的6个N-型和19个P/Q-型钙离子通道拮抗剂,为进一步的合成和活性评价奠定了理论基础.同时,本文建立的多肽QSAR预测模型和虚拟筛选策略,为其它多肽类化合物的定量构效关系研究和虚拟筛选提供了参考.     

μ-芋螺毒素及其类似物的定量构效关系研究

μ-芋螺毒素是肌肉型钠离子通道的专一性阻断剂,本文主要采用PLS（PartialLeastSquare）多元数学分析方法对μ-芋螺毒素及其17个类似物进行了定量构效关系研究,建立了QSAR模型,其模型的交叉验证值R2＝0．813,Y实验值与Y预测值的相关系数0．903．计算结果表明,对分子活性影响比较大的是13位精氨酸残基和分子中的电荷变化,增加分子的正电荷,将提高分子的活性,其次是19,2,12,9,和17位氨基酸残基．     

α-芋螺毒素构效关系与分子设计

α-芋螺毒素(α-conotoxins)是从芋螺毒液中提取到的一类活性多肽. 与其它家族的芋螺毒素相比, 它们含二硫键少, 结构相对简单, 由于作用于神经肌肉接头的N-乙酰胆碱受体(nAChRs)的不同亚型, 拮抗乙酰胆碱, 可作为鉴定nAChRs亚型及其亚基的有效工具, 已成为芋螺毒素结构改造的最佳先导化合物. 利用HyperChem软件包的量子化学半经验方法AM1对8个具有代表性的α-芋螺毒素进行了量子化学计算, 研究了它们的电子结构及构效关系. 结果表明, 空间结构的相似性使它们作用于同一受体, 局部结构差异而导致的电子结构的较大差别是它们能作用于不同受体亚型的重要原因. 在此基础上, 以α-芋螺毒素GI为模型设计了7个类似物并进行了量子化学计算, 比较了类似物与GI在空间结构及电子结构方面的特征.     

一种新型独特芋螺毒素的分离与结构鉴定

从中国南海的一种食虫芋螺独特芋螺(Conus caracteristicus)的毒液中分离得到一种新的芋螺毒素, 对其进行了结构鉴定和化学合成. 结果表明, 这是一种新的T-超家族芋螺毒素.     

4-羟基脯氨酸立体异构对α-芋螺毒素溶液构象的影响

在α-芋螺毒素及其它家族的芋螺毒素中, 脯氨酸的羟基化是非常普遍的后转录修饰方式. 在天然芋螺毒素中脯氨酸的羟基常采用反式构型, 且该残基对芋螺毒素的结构与生物活性产生了重要的影响, 而顺式构型的羟脯氨酸对α-芋螺毒素的折叠与生物活性的影响还鲜有研究. 本工作通过二维(2D)溶液核磁共振方法测定了经过化学修饰的三个含有反式或顺式羟脯氨酸的α-芋螺毒素的溶液结构, 它们是α4/7亚家族芋螺毒素肽[γ15E]Sr1B、[O7O'/γ15E]Sr1B和[O6O'/γ14E]Vc1A. 研究表明, 羟基顺反异构化学修饰对芋螺毒素的结构影响显著. 羟脯氨酸羟基的反式到顺式修饰导致α-芋螺毒素肽明显的溶液构象变化, 这些变化包括二级结构的改变、关键残基的侧链取向变化以及氢键性质的改变. [O7O'/γ15E]Sr1B与[γ15E]Sr1B相比, 典型的α-芋螺毒素ω弯曲结构发生形变. 而[O6O'/γ14E]Vc1A不同于Vc1A的是末端转角结构的缺失. 本工作加深了对α-芋螺毒素肽的化学修饰法的理解, 该方法是阐明α-芋螺毒素结构-生物活性关系的有用工具.     

新型桶形芋螺毒素BtIIIB的分离纯化、氨基酸序列测定及二硫键定位研究

采用凝胶色谱、高效液相色谱等方法从栖息于我国南海的桶形芋螺的毒液中纯化出一个新的芋螺毒素BtIIIB.采用氨基酸组成分析、质谱分析和Edman降解测定BtIIIB为15肽,其氨基酸序列为:CCELPCHGCVPCCWP.结构中含有6个半胱氨酸,形成3对分子内二硫键.采用部分还原的方法,分步还原毒素中的二硫键,用氰基化试剂衍生生成巯基,然后在碱性条件下将衍生的产物进行裂解,用MALDI-TOFMS测定裂解后片段的分子量,确定了其二硫键的配对方式为Cys1-Cys13,Cys2-Cys9,Cys6-Cys12的部分交叉式结构,是芋螺毒素中比较特别的配对方式.     

新型桶形芋螺毒素BtIIIB的分离纯化、氨基酸序列测定及二硫键定位研究

采用凝胶色谱、高效液相色谱等方法从栖息于我国南海的桶形芋螺的毒液中纯化出一个新的芋螺毒素BtIIIB．采用氨基酸组成分析、质谱分析和Edman降解测定BtIIIB为15肽, 其氨基酸序列为: CCELPCHGCVPCCWP．结构中含有6个半胱氨酸, 形成3对分子内二硫键．采用部分还原的方法, 分步还原毒素中的二硫键, 用氰基化试剂衍生生成巯基, 然后在碱性条件下将衍生的产物进行裂解, 用MALDI-TOF MS测定裂解后片段的分子量, 确定了其二硫键的配对方式为Cys¹-Cys¹³, Cys²-Cys⁹, Cys⁶-Cys¹²的部分交叉式结构, 是芋螺毒素中比较特别的配对方式．     

新型桶形芋螺毒素BtⅢB的分离纯化、氨基酸序列测定及二硫键定位研究

采用凝胶色谱、高效液相色谱等方法从栖息于我国南海的桶形芋螺的毒液中纯化出一个新的芋螺毒素BtⅢB.采用氨基酸组成分析、质谱分析和Ednan降解测定BtⅢB为15肽,其氨基酸序列为:CCELPCHGCVPCCWP.结构中含有6个半胱氨酸,形成3对分子内二硫键.采用部分还原的方法,分步还原毒素中的二硫键,用氰基化试剂衍生生成巯基,然后在碱性条件下将衍生的产物进行裂解,用MALDI-TOF MS测定裂解后片段的分子量,确定了其二硫键的配对方式为Cys1-Cys13,Cys2-Cys9,Cys6-Cys12的部分交叉式结构,是芋螺毒素中比较特别的配对方式.     

半胱氨酸肽片段连接法合成ω-芋螺毒素MVIIA

ω-芋螺毒素MVIIA是已上市的镇痛药Ziconotide的有效成分.采用标准Fmoc保护策略在聚苯乙烯树脂上合成ω-MVIIA比较困难,是固相合成中的"困难肽".本研究将ω-MVIIA分为N-端15肽硫酯和C-端10肽两个片段采用标准Fmoc保护策略分别合成,再通过半胱氨酸肽片段连接得到全长的ω-芋螺毒素MVIIA肽链.该方法提高了合成ω-芋螺毒素MVIIA产率.该研究为"困难肽"的合成提供了较好的参考方法.     

二氢吡啶类化合物的三维定量构效关系

通过分子力学和量子化学计算,得出两种二氢吡啶衍生物的低能构象,再应用比较分子力场分析方法(CoMFA)和比较分子相似性指数分析方法(CoMSIA)分别对两种构象的43个二氢吡啶衍生物进行3D-QSAR研究. 计算结果表明,用两种方法建立的两种构象的构效关系模型均有较好的预测能力.通过分析CoMFA和CoMSIA的系数等势图,直观地了解二氢吡啶衍生物的结构对生物活性的影响,为进一步设计高活性的二氢吡啶衍生物提供一定的理论依据.     

定量结构―活性相关性在药物空间结构研究中的应用

定量构效关系研究是目前国际上一个比较活跃的领域。定量结构―活性相关性(QSAR)在新药研制中的研究方法包括取代基多参数法(Hansch法)、比较分子力场分析法(CoMFA)等。QSAR在癌症、AIDS等药物研制方面取得良好的成果,为药物研究开拓了新的领域。构建癌症药物理想的QSAR模型,为设计活性更高的抗癌化合物提供了理论指导,QSAR在新药结构设计方面具有良好的研究前景。     

酪氨酸激酶抑制剂的三维定量构效关系研究

利用柔性原子受体模型(FLARM)方法对一系列的异黄酮和喹诺酮衍生物表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂进行了三维定量构效关系研究，得到了合理的构效关系模型.FLARM方法的计算结果还给出了虚拟的受体模型，该模型说明了抑制剂与受体之间可能的相互作用.由该虚拟受体模型得到的受体-配体相互作用与Novartis药效团模型比较类似.     

具有除草活性的吡唑啉并四嗪酮衍生物的设计、合成与定量构效关系的研究

设计合成了一系列未见文献报道的4-乙氧羰基-1,7-二氢-1-取代苯基-5-(未)取代吡唑啉[5,1-d][1,2,3,5]四嗪-7-酮衍生物, 其结构均经过¹H NMR、IR和元素分析表征. 生测结果显示, 与已报道的化合物相比, 它们表现出较好的除草活性. 定量的结构与活性关系研究表明, 它们的除草活性与取代基的立体效应参数和疏水性参数呈现很好的相关性, 相关系数r大于0.8. 当作用对象为油菜时, 化合物的活性可能主要与取代基R¹的摩尔分子折射和取代基R²的疏水性参数有关. 当取代基R¹的摩尔分子折射参数为1.452时, 相应化合物可能具有对油菜最高的除草活性; 当作用对象为稗草时, 化合物的活性主要与取代基R²疏水性参数和Taft (Es)参数有关.     

Quantitative Structure-Activity Studies of Octopaminergic Agonists and Antagonists Against Locusta migratoria Using Similarity Indexes

Abstract

The quantitative structure-activity relationship of 39 octopamine (OA) agonists and 12 antagonists against the thoracic nerve cord of the migratory locust, Locusta migratoria L. was analyzed using atom based rigid fit method or flexible fitting offered by PowerFit 1.0 from MicroSimulation. For OA agonists, the more similar to reference compound NC (24) the structure of test compound, the higher the activity, whereas for OA antagonists it was not the case. Antagonists may not interact with the same part of the membrane with which the agonists interact. Taken the part of the membrane with which the agonist interacts as the true receptor, the antagonist may well interact with an area surrounding the receptor including the ionophore.     

黄酮类化合物抑制MMP-9的定量结构-活性关系和结构修饰的理论研究

运用密度泛函理论(DFT)和线性回归分析等方法研究了黄酮类化合物抑制MMP-9的定量结构-活性关系(QSAR)和结构修饰. 研究发现, 黄酮类化合物抑制MMP-9的实验生物活性数据－lg EC₅₀值与计算获得的黄酮类化合物的最低空分子轨道能量及分子水合能之间均存在着良好的线性关系|留一法交叉验证结果表明, 所建立的两个相应的QSAR模型都具有良好的稳定性和预测能力. 进一步研究发现, 在黄酮类化合物分子的A环、B环和C环上的合适部位选用供电子能力较强、能降低分子水合能的取代基团对其进行结构修饰, 有利于提高修饰后的分子抑制MMP-9的生物活性. 根据对木犀草素(Luteolin)分子进行结构修饰的结果(共33种化合物), 我们提出了黄酮类化合物抑制MMP-9可能的作用机理, 并设计出8种经结构修饰后生物活性有显著提高的MMP-9抑制剂, 希望将来得到实验的证实.     

三维原子场作用全息矢量用于二氢叶酸还原酶抑制剂及苦味二肽QSAR研究

将三维原子场作用全息矢量用于表征68个二氢叶酸还原酶抑制剂和48个苦味二肽结构, 分别以多元线性回归和偏最小二乘建模, 取得优良结果. 对前者建模得复相关系数Rmm2=0.893, 交互检验相关系数RCV2=0.853, 对后者建模得Rmm2=0.936, RCV2=0.849. 结果表明3D-HoVAIF能够较好表征两类分子结构, 具有物化意义明确及结果易解释特点, 值得进一步应用推广.     

IOPY/ISPY类HIV-1逆转录酶抑制剂的定量构效关系研究

C-5修饰的3-碘-4-芳氧基/芳硫基吡啶酮(IOPY/ISPY)类化合物是一类潜在的HIV-1非核苷类逆转录酶抑制剂, 特别是这类化合物因具有同时抑制野生型和突变型病毒株的特性, 而受到更加广泛的关注. 首先利用两套2D通用描述符同时构建了该类化合物的线性和非线性定量构效关系模型. 结果表明这些模型都具有较好的预测能力, 并且非线性模型较线性模型预测能力更好些. 为了更好、更形象地描述逆转录酶抑制剂的特征, 进一步结合三维定量构效关系(3D-QSAR)模型, 以及SAReport分析对该类化合物同时抑制野生型和突变型病毒株的结构特征进行了分析, 发现在对这类化合物进行结构修饰时, 需要服从如下三条理论指导原则: (1) R基团中的正负电场分布情况对化合物的活性起着关键作用|(2) R基团最好具有芳香环或芳香杂环和(3) R基团的环结构上连接的取代基不宜太多.     

Virtual Screening of Human O-GlcNAc Transferase Inhibitors

O-GlcNAc transferase (OGT) is one of essential mammalian enzymes, which catalyze the transfer of N-acetylglucosamine from UDP-N-acetylglucosamine (UDP-GlcNAc) to hydroxyl groups of serines and threonines (Ser/Thr) in proteins. Dysregulations of cellular O-GlcNAc have been implicated in diabetes, neurodegenerative disease, and cancer, which brings great interest in developing potent and speci c small-molecular OGT inhibitors. In this work, we performed virtual screening on OGT catalytic site to identify potential inhibitors. 7134792 drug-like compounds from ZINC (a free database of commercially available compounds for virtual screening) and 4287550 compounds generated by FOG (fragment optimized growth program) were screened and the top 116 compounds ranked by docking score were analyzed. By comparing the screening results, we found FOG program can generate more compounds with better docking scores than ZINC. The top ZINC compounds ranked by docking score were grouped into two classes, which held the binding positions of UDP and GlcNAc of UDPGlcNAc. Combined with individual fragments in binding pocket, de novo compounds were designed and proved to have better docking score. The screened and designed compounds may become a starting point for developing new drugs.