新型抗结核先导物的筛选发现与分子药理学研究
[Abstract]:Tuberculosis is an infectious disease that is seriously harmful to human health caused by Mycobacterium tuberculosis. About one third of the world's people are infected with Mycobacterium tuberculosis. Tuberculosis killed some 1.5 million people in 2014. Although new antituberculotic drugs have been listed in the last two years, there have been reports of drug-resistant strains. Therefore, it is still in urgent need of developing new mechanism's high-efficiency and low-toxic anti-tuberculosis drugs. The amino acid and the corresponding tRNA synthetic ammonia-tRNA (aa-tRNA) can play an important role in the biosynthesis of protein. TyrRS, a member of the family, can inhibit the growth and reproduction of pathogenic bacteria. The structural difference of the TyrRS protein in the tuberculosis and the homologous protein in the human body is great, so that the new low-toxicity and high-efficiency anti-tuberculosis compound can be found aiming at the target point. In this study we used the E. coli prokaryotic expression system to express and purify the TyrRS protein with good catalytic activity in vitro. On this basis, the enzyme inhibitor screening model was established by the isotope method. And a phenotype screening system is established by using the mycobacteria of the near-edge strain of the mycobacterium tuberculosis as a test bacterium. One hundred and ten thousand compounds stored in the laboratory were screened in combination with two methods, and a compound IMB-T130 with both an enzyme-inhibitory activity and an anti-tuberculosis activity was found. The inhibitory activity of the compound on the Mycobacterium tuberculosis was determined, and it was found to have a good inhibitory effect on the tuberculosis standard strain H37Rv, and the MIC was 0.08. mu.g/ mL. In particular, it has good inhibitory activity on the clinical isolated drug-resistant strains, and is stronger than that of the first-line anti-tuberculosis drugs and the rifampin. We demonstrated the interaction between the compound and the TyrRS protein at the molecular level by surface plasmon resonance (SPR) experiments. The strain of the Mycobacterium smegmatis that has been overexpressed by the TyrRS protein is further constructed, and the sensitivity of the compound is reduced, and the targeted inhibition effect of the compound is verified at the cell level. The interaction between the compound and the protein is analyzed by means of computer software for molecular docking. The toxicity, the acute toxicity and the pharmacokinetic properties of the compound are further detected, and the result shows that the compound has small toxicity and good drug property. The antibacterial spectrum of the compound for a series of Gram-positive and negative strains was determined, and the results showed that the compound has good selectivity for Mycobacterium tuberculosis. Considering that the compound has a certain difference in the inhibition activity of TyrRS and the in vitro antibacterial activity, we assume that the compound may also act on other important anti-tuberculosis targets. The key protein structure of the reported Mycobacterium tuberculosis is collected and arranged, the molecular docking is carried out by the computer software and the IMB-T130, and the butt-joint model is analyzed to find a new action target of the compound. We have speculated that the 3-dehydroquinic acid synthase (DHQS) in the shikimic acid pathway may be another target for IMB-T130 to play an antibacterial role. On the basis of this, we expressed the purified tuberculosis DHQS protein in vitro, and the free phosphoric acid produced in the catalytic reaction was detected by the malachite green method. The enzyme activity determination system was established, and the inhibition of IMB-T130 on the protein was demonstrated at the enzyme level. The SPR experimental results further demonstrated the interaction between the compound and the DHQS protein. The reaction substrate was determined by high-performance liquid-phase technology, and it was also proved that the positive compound did block the occurrence of the catalytic reaction. The above experimental results confirm that the DHQS protein may be a more critical target protein in the anti-tuberculosis mechanism of the compound IMB-T130. In this study, the activity of the compound IMB-T130 is reported for the first time, and it is the first compound capable of effectively inhibiting the activity of the tuberculosis DHQS protein and having excellent anti-tuberculosis effect. The compound has novel target and action mechanism, does not have cross resistance with the existing anti-tuberculosis drugs, and can be developed into a novel anti-tuberculosis lead compound.
【学位授予单位】:北京协和医学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:R966
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,本文编号:2507173
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