细胞死亡蛋白的三维结构及活性位点的理论研究

利用同源模建和分子动力学模拟方法,构建了细胞死亡蛋白（CED-10）的三维结构,并预测了其可能的活性位点,为细胞死亡蛋白家族催化机理的深入研究提供了、重要的参考信息．     

μ阿片受体的三维结构预测及活性位点分析

通过对比多个与μ阿片受体同属G蛋白偶联受体的视紫质蛋白序列,选择以同源性最高的牛视紫质蛋白(PDB编号:1F88)为模板,采用同源模建的方法,基于Composer程序,构建了μ阿片受体的三维结构模型,并预测了其二级结构.模型的可靠性经Ramachandran图和ProTable验证,用Site ID确定了μ阿片受体的活性位点,得到了与文献报道相吻合的结果,并预测了新的可能的关键性氨基酸,为合理设计μ阿片受体的激动剂和拮抗剂提供重要依据,进一步指导药物分子设计.     

细胞色素p450 2s1(CYP2s1)三维结构模建及其与维甲酸分子的对接研究

利用同源模建和分子动力学模拟,模建了细胞色素P450(CYP2s1)的三维结构．在模建结构的基础上,分析了活性位点的组成和结构,并进行了与小分子(维甲酸)的分子对接研究．研究结果表明,在由维甲酸和CYP2s1形成的复合物中,非键相互作用较强,其中,GLu411和Ala414是与维甲酸相互作用能最强的两个残基,对复合物的结合起重要作用．     

A_1腺苷受体的同源模建及其结构验证

采用同源模建的方法构建了A1腺苷受体的三维结构,并与拮抗剂分子DPCPX对接,将得到的复合物结构进行5 ns的分子动力学模拟,以最后2 ns的平均结构和平衡后抽取的11帧构象共12个蛋白结构为研究对象,用包含52个活性分子和1000个诱饵分子的测试库,分别通过DOCK、VINA和GOLD三种对接软件进行评价,最终得出合理的蛋白质模型.根据top10%的富集因子(EF)和ROC曲线下面积(AU-ROC)的计算结果,我们认为GOLD是最适合A1腺苷受体的对接软件,而12个蛋白质结构中F5和Favg的三维结构模型比较合理,可以作为进一步大规模虚拟筛选的模型.     

多巴胺在其第三受体蛋白结构中的分子通道上传输动力学

本文基于多巴胺与其第三受体复合蛋白(D_3R)结构,采用分子动力学技术Gromacs 4.5程序中的伞形样本方法,研究多巴胺在多巴胺第三受体蛋白结构中的运动轨迹及其过程中自由能变化,探讨多巴胺在其分子通道上传输运动机制动力学。分子模拟表明,处在发挥神经递质作用部位的多巴胺,通过D_3R结构中的功能分子通道沿着y+轴朝细胞外方向传输运动的自由能变化数值为134.6 kJ?mol~(-1),沿着y-轴朝细胞内传输运动的自由能变化为211.5 kJ?mol~(-1)。在D_3R结构中,多巴胺沿着x+、x-、z+、z-轴朝细胞双层膜方向传输运动的自由能变化分别为65.8、245.0、551.4、172.8 kJ?mol~(-1),数值说明DOP更容易沿着x+轴方向从TM5(第五跨膜螺旋)与TM6(第六跨膜螺旋)缝隙之间离开D_3R内部结构。处在细胞间隙空间的自由多巴胺,在等温等压条件下沿着逆y+轴方向通过多巴胺第三受体内功能分子通道,到达发挥神经递质作用的部位是一个自发过程,因为在该轨迹上多巴胺分子与受体相互作用是一个负自由能变化(-134.6 kJ?mol~(-1))。所以,多巴胺与多巴胺受体很容易相互结合,发挥神经递质作用。发挥了神经递质功能作用的多巴胺分子,沿着x+轴方向的保护分子通道从TM5与TM6缝隙之间离开D_3R内部结构,避免过度发挥多巴胺神经递质功能作用。根据多巴胺功能和保护分子通道观点,我们提出帕金森病新病理和精神分裂症新病理。论文还探讨多巴胺分子通道理论及其新病理应用于治疗控制这两种病症及其相关药物研究开发。     

左苯丙胺在多巴胺第三受体分子通道中传输分子动力学模拟

左旋苯丙胺(又称左苯丙胺, RAT)在临床上被用于治疗多种病症,作用在中枢神经细胞多巴胺受体上,同时它具有依赖性和成瘾性。为了探讨RAT被用作药物的药理和成瘾机制,本文用分子模拟获得RAT与多巴胺第三受体(D₃R)复合蛋白优化结构,并且采用伞形样本平均力势(PMF)方法和卵磷脂脂质分子模拟生物膜,采用分子动力学模拟获得RAT在D₃R结构中分子通道运动轨迹和自由能变化。RAT通过D₃R结构中的功能分子通道,朝细胞外方向传输运动的自由能变化为91.4 kJ·mol^-1。RAT通过D₃R结构中的保护分子通道,朝细胞双层膜方向传输运动的自由能变化为117.7 kJ·mol^-1。自由能数值表明RAT分子更容易通过D₃R结构中的功能分子通道,发挥其功能作用,增大功能多巴胺分子的释放,导致包括依赖性和成瘾性多种功能效果。研究结果证明RAT被用作药物的药理和成瘾机制与它在多巴胺受体中的分子通道上传输动力学和机制有密切关联。     

人顶体酶三维结构的同源模建及其与KF950的分子对接研究

采用同源模建方法首次构建了人顶体酶的三维结构模型, 模型的可靠性经Ramachandran图和Profile_3D图验证. 采用InsightII/Binding site方法准确定位了人顶体酶的活性位点, 并研究了顶体酶重要功能残基在活性位点的立体分布. 在此基础上, 通过柔性分子对接方法首次阐明了顶体酶高效抑制剂KF950与靶酶活性位点的相互作用模式, 发现特异性的氢键相互作用是KF950产生高抑制活性的重要分子基础. 其研究结果将为合理设计新型顶体酶抑制剂, 寻找男性口服避孕药奠定坚实基础.     

An Approach for Visualization of the Active Site of Enzymes with Unknown Three-Dimensional Structures

Abstract

A new approach for virtual characterization of the active site structure of enzymes with unknown three-dimensional (3D) structure has been proposed. It includes analysis of data on enzyme interaction with reversible competitive inhibitors, their 3D structures and moulding of the substrate-binding region. The superposition of ligands in biologically active conformations allows to determine the shape and dimension of the active site cavity accommodating these compounds. Monoamine oxidase A (MAO-A), a “typical” enzyme with unknown spatial organisation, was used to test this method. The correctness of such approach was validated by the analysis of HIV protease interaction with its inhibitors using 3D structures of their complexes. Mould of the substrate/inhibitor binding site can be used for the visualization of this binding site and for searching new ligands in molecular databases.     

人类腺苷受体A3亚型拮抗剂的构效关系分析

构建人类腺苷受体A3亚型药效团模型和三维蛋白结构模型用于作用模式研究.以18个来源于文献具有腺苷受体A3亚型拮抗活性的化合物作为训练集,使用HypoGen方法构建药效团模型.通过同源模建和分子动力学模拟构建了人类腺苷受体A3亚型的三维蛋白模型,并利用PROCHECK方法评估该模型的合理性,对所得的结构使用分子对接程序进行作用模式分析,药效团模型和同源模建结果相互匹配较好.使用新药效团模型对MDL药物数据库(MDDR)中包含的约120000个化合物进行虚拟筛选,得到了8个候选化合物,用于进一步的生物学评价和活性测定.本工作对于人类腺苷受体A3亚型拮抗剂的设计和抗哮喘药物的研发具有一定的理论指导和应用价值.     

新型多巴胺D3受体抑制剂的发现

根据最新解析的多巴胺D3受体的晶体结构进行活性位点分析, 建立了基于受体的药效团模型, 并对Asinex Gold Collection 数据库进行筛选, 选择7个化合物进行生物活性测试, 得到了高活性新型多巴胺受体抑制剂(04932482), 它对多巴胺D3受体抑制率达85.45%, 其Ki值为(806.75±34.58) nmol/L. 进一步对活性化合物进行结构分析, 研究了其与受体相互作用的模式, 并以此为指导提出以04932482为先导化合物进行结构改造的方向.     

Theoretical Design of Catalytic Domain of Abzyme Se-scFv2F3 by Introducing a Catalytic Triad

The single chain antibody scFv2F3 can be converted into selenium-containing Se-scFv2F3 by chemical mutation of the Ser residues. With antibody fragment 1NQB as a template, the catalytic domain of scFv2F3 was built by using homology modeling and molecular dynamics(MD) simulations. On the basis of the 3D model, we discussed the importance of Ser52 as the chemical modification site and redesigned the protein groups nearby Ser52 via introducing a catalytic triad. The following 10 ns MD results show that the des...     

计算机模拟三氯生对FabI活性口袋及Loop区的调控机制

应用分子动力学模拟、蛋白质二级结构定义(DSSP)和口袋体积测量(POVME)计算方法分别研究了FabI (烯脂酰-ACP还原酶)-NAD⁺(氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)二元复合物和FabI-NAD⁺-TCL(三氯生)三元复合物体系中活性口袋loop 区构象、loop 区二级结构、活性口袋体积以及底物(酰基不饱和链)通道随模拟时间的变化规律. 研究表明,在FabI-NAD⁺-TCL三元复合物中,三氯生限制了活性口袋及底物通道的变化,活性口袋loop 区呈现为规则、闭合的稳定构象,位于活性口袋正前方,常伴有螺旋二级结构的形成,从而使活性口袋体积变化较小、分布比较集中,底物通道较窄或处于关闭状态. 而在FabI-NAD⁺二元复合物中,活性口袋loop 区以无规则、开启的柔性构象存在,活性口袋体积变化较大,分布比较分散,底物通道明显较宽且不稳定. 可见,三氯生能诱导FabI 活性口袋及loop 区的构象变化,使活性口袋构成了紧密的统一体、封闭了底物通道,从而阻碍了酰基不饱和链通过底物通道进入蛋白酶的催化中心,中断了该酶催化的还原反应和细菌脂肪酸合成循环. 上述发现对深入认识三氯生的抗菌作用机制及相关药物的改良与设计具有重要的指导意义.     

计算机模拟三氯生对FabI活性口袋及Loop区的调控机制

应用分子动力学模拟、蛋白质二级结构定义(DSSP)和口袋体积测量(POVME)计算方法分别研究了FabI(烯脂酰-ACP还原酶)-NAD+(氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)二元复合物和FabI-NAD+-TCL(三氯生)三元复合物体系中活性口袋loop区构象、loop区二级结构、活性口袋体积以及底物(酰基不饱和链)通道随模拟时间的变化规律.研究表明,在FabI-NAD+-TCL三元复合物中,三氯生限制了活性口袋及底物通道的变化,活性口袋loop区呈现为规则、闭合的稳定构象,位于活性口袋正前方,常伴有螺旋二级结构的形成,从而使活性口袋体积变化较小、分布比较集中,底物通道较窄或处于关闭状态.而在FabI-NAD+二元复合物中,活性口袋loop区以无规则、开启的柔性构象存在,活性口袋体积变化较大,分布比较分散,底物通道明显较宽且不稳定.可见,三氯生能诱导FabI活性口袋及loop区的构象变化,使活性口袋构成了紧密的统一体、封闭了底物通道,从而阻碍了酰基不饱和链通过底物通道进入蛋白酶的催化中心,中断了该酶催化的还原反应和细菌脂肪酸合成循环.上述发现对深入认识三氯生的抗菌作用机制及相关药物的改良与设计具有重要的指导意义.     

人类丝氨酸消旋酶的同源模建及其与多肽类抑制剂的分子对接

利用同源模建和分子动力学模拟方法构建了人类丝氨酸消旋酶(hSR)的三维结构, 并利用profile-3D和procheck方法评估了模型的可靠性. 在此基础上用分子对接程序(affinity)将多肽类抑制剂A和B分别与hSR进行对接, 获得了其复合物结构的理论模型. 通过配体与受体之间相互作用能和结构分析给出了此类抑制剂与hSR的具体结合方式, 明确了hSR与此类抑制剂结合时起重要作用的氨基酸残基, 为基于人类丝氨酸消旋酶三维结构的药物设计提供重要的参考信息.     

辛味中药与嗅觉受体相互作用的分子模拟

采用分子模拟的方法, 在Schrdinger软件平台上, 用同源模建的方法构建了嗅觉受体OR1D2, OR7D4和OR51E1的三维结构模型. 运用分子动力学模块Desmond将与激动剂以及抑制剂分别对接的嗅觉受体复合物置于磷脂双膜中进行模拟. 最后将辛味中药的小分子分别对接到嗅觉受体中, 并与苦味中药的对接结果相对照, 依据实验结果, 讨论辛味中药发挥作用的分子机制. 该研究着重于同源模建、分子动力学和分子对接技术的综合应用, 探讨辛味中药化学成分与嗅觉受体的相互作用及其分子机理, 为从分子层面揭示辛味中药的药效物质基础提供帮助, 也为中药药性的研究提供了新的思路和方法.     

噻吩并嘧啶类FLT3抑制剂结合模式预测与分析

FLT3(FMS样酪氨酸酶III)是酪氨酸激酶受体(RTKIII)成员之一,其异常超表达或突变与急性髓细胞白血病(AML)呈现非常大的相关性,成为治疗AML的重要靶位点。本文采用不同的方法对FLT3活性位点进行了预测,利用分子对接、分子动力学以及药效团分析研究了新型嘧啶类化合物与FLT3的相互作用与结合模式。分子对接得到的结合模式与分子动力学模拟得到的结果一致,结合药效团分析表明该嘧啶类化合物主要通过疏水相互作用和氢键与FLT3激活位点结合,从而起到抑制作用。本研究对以FLT3为靶点的嘧啶类抑制剂的开发提供了理论和实验依据。