利用PDBbind数据库测试DOX方法的普适性

发布时间：2020-11-01 14:28

　　 分子对接软件以速度快和精确度高的优点长期以来被药物设计领域所使用,已经在药物研究中取得一定成果。但是随着对接的广泛使用,研究发现对接软件的打分并不十分准确,所以完全依靠各类对接软件进行药物设计会出现各种问题,在这样的背景下,本课题组研发了一套基于量子化学的新型高精度计算方法DOX方法。DOX方法已经在HMGR-他汀类,SDase-抑制剂,3HNRase-抑制剂和NA-抑制剂组成的晶体结构以及Astex测试集上取得了成功。为了进一步探究DOX方法的普适性,本文将DOX2.0方法在不同蛋白-配体复合物体系上进行了大规模测试。本文中一共进行了以下几方面的工作:(1)从PDBbind(version 2007)的核心集出发,以活性μM为主要标准筛选了一个由66个蛋白-配体复合物组成的涵盖蛋白范围较广的测试集,称为66-test-set,并在该测试集上进行DOX方法的测试。(2)首先将66个复合物在SYBYL分子对接方法上进行测试。分子对接在MM水平上搜索到一个质量较好的构象空间,100%的复合物在SYBYL给出的构象空间中都含有与晶体比较接近的构象(RMSD≤2A),为接下来在更高精度水平上的优化奠定了基础。同时仍存在35%的体系预测结合构象较差(RMSD2A)。(3)在对接保留的构象空间上用中精度量子化学方法PM7进行计算优化。PM7在能量排名前十的结合构象中就可以得到合理构象,有效将蛋白-配体结合构象数目缩小,提高了 DOX方法的计算效率。但仍有18%的体系预测结合构象较差(RMSD2A)。(4)在PM7方法筛选的前十构象空间上用高精度量子化学方法XO进行计算优化。在Surflex@SYBYL,PM7@MOPAC及XO的测试结果上,预测构象RMSD的平均值分别为2.2A,1.3A,1.2A;RMSD1A的成功率依次上升,分别为35%,50%,61%;RMSD大于2A体系的百分率依次减小,分别为35%,18%,15%。通过更高精度方法的优化计算,预测构象的质量得到较大的改善,证明了 DOX方法在更高精度水平计算的可靠性。DOX方法在RMSD2A上的成功率已经达到85%,预测相对结合能的平均值为4.64Kcal/mol,说明DOX方法对66个不同复合物体系中的大部分体系的预测较准确,有一定的普适性。通过DOX方法预测的蛋白-配体结合构象和结合模式,可以为不同种类的药物设计提供思路。通过测试暴露出对DOX方法具有挑战性的体系是带有疏水性基团小分子的体系,以及配体处于蛋白表面空腔的这种体系,可以通过考虑溶剂化及分子动力学等方法进行改进,为DOX方法的发展提供思路。
【学位单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ460.1;TP311.13
【部分图文】：

耗费数周年的时间，是一个多学科交叉、长周期、高投入的系统工程［１１。基础研究??阶段包括选择ｐ标疾病，靶标的发现，先导化合物的筛选和优化。新药创制是一项??耗资巨大且效率低下的工作。根据国际上的统计，每成功研制一种上市新药，平均??需要花费约１０－１５年的时间，耗资超过１０亿美元，成功率不足１／１０。新药创制的前??期工作主要存在两个困难：一是靶标生物大分子的确定及验证；二是具有生物活性??的小分子药物的发现和设计即先导化合物的发现和优化。其中先导化合物的发现及??结构优化是药物研发能否成功的关键因素之一。??发现先导化合物的传统方法主要是通过天然产物活性成分的提取以及广泛筛??选。先导化合物的优化可以通过化学法、生物转化法［２］进行，或者根据经验、组合??化学１３１及合成对基本结构进行改造，然后测试新化合物的活性、选择性、药代、毒??理等性质。这些传统方法耗费时间较大且经验毕竟有限，无法找到更多合理的衍生??结构，而通过计算机辅助药物设计方法，一种通过药物和受体间的相互作川来合理??预测和设计先导化合物的方法，可以大大减少盲目性，同时随着信息的发展，各种??作为研宂分子的结构、活性和计算受体与底物之间的相互作川等化学问题的三维结??构数据库的出现，为先导化合物的筛选和优化提供了较大帮助。??

士獅文??ＭＡＳＴＥＲ’Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??己经获得的晶体结构，保留骨架上Ｃ－３和Ｃ－６取代基，以便进行优化。同时将优??重点放在指向溶剂区域的异噻唑环上。作者认为加入极性基团如醇，醚，酰胺和??是可以调节物理化学性质，可能改善细胞渗透性和水溶性。因此在暴露于溶剂的??域部分加入极性基团来进行优化获得了化合物１２ｋ（图１．２），其与Ａｕｒｏｒａ?Ａ激酶??ＴＰ?口袋的结晶结构如图１．３所示（ＰＤＢ?ＩＤ：３ＭＹＧ），与前期获得的抑制剂的结合模??相似，不同的是胺指向结合口袋的溶剂区域的前部。通过实验测定，化合物１２ｋ??有很高的水溶性（１１?ｍＭ）。??因此，准确获得蛋白与配体的准确结合模式以及获取结合未知的有效信息是先??化合物优化的前提。??Ｈ??Ｒ??

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本文编号：2865668