靶向MraY的核苷类抗菌先导物的理性设计与合成
发布时间：2020-09-04 09:31
目的利用计算机辅助药物设计的方法对靶向细菌转位酶Ⅰ(MraY)的核苷类(Capuramycin)化合物进行结构设计、优化及化学合成,并通过体外活性测定,以期发现作用机制新颖、抑菌活性强、成药性理想的抗结核先导化合物。方法通过构建靶向MraY的Capuramycin类化合物的同系物库,建立具有显著预测能力的Capuramycin类化合物的3D-QSAR模型,应用3D-QSAR和分子对接的方法对该类化合物进行结构与活性的关系研究,分析影响其活性的分子结构特征,然后进行结构改造和优化。利用化学方法对新设计的化合物进行合成,应用M.tuberculosis H37R v对新设计合成的化合物进行体外抑菌活性筛选。结果使用52个Capuramycin衍生物作为训练集分子构建3D-QSAR模型,同时,采用由13个化合物组成的测试集来验证模型的可靠性。得到一个交叉验证系数q2为0.398、非交叉验证系数R2和预测相关系数R2pred分别为0.976和0.839的高度可靠的3D-QSAR模型,该模型具有很好预测能力。结合3D-QSAR模型和分子对接研究,可揭示Capuramycin类同系物的构效关系。基于此,以Capuramycin为母体对其分子内的己内酰胺环结构进行替换,设计并合成了8个全新结构的核苷类抗结核先导化合物。用3D-QSAR模型进行活性预测,部分化合物的预测活性值较Capuramycin母体化合物有较大提高。以一线抗结核药物INH(异烟肼)、RIF(利福平)阳性对照,体外抗结核活性测试实验显示,在新合成的化合物中,S1的抑菌活性最好,MIC值为12μg/ml。结论通过结合3D-QSAR模型和分子对接研究,Capuramycin类同系物的构效关系可概括如下:1用大体积且带正电的取代基取代己内酰胺环部分对活性不利;2用带正电性的小分子取代基取代核苷2'-OH上的H可提高其生物活性;3用体积较大的取代基取代糖羟基上的氢原子或许可提升对MraY的抑制作用。综合以上信息设计而成的新Capuramycin同系物,预测的活性值要高于用于构建模型的那些化合物的活性值。抗菌活性测试结果显示,新合成的化合物S1对结核分枝杆菌H37Rv具有较好的抑制活性。因此,3D-QSAR模型和分子对接研究可用作指导设计和预测新的、更有效的核苷类抗结核先导化合物分子。
【学位单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R91
【部分图文】：
华北理工大学硕士学位论文列出的所有化合物都能抑制 MraY 的合成，但是各类的抑制些抑制剂具有抗革兰氏阳性菌的活性（例如 tunicamycins，ycin），一些具有抗分枝杆菌的活性（liposidomycins 和 cap菌的活性（mureidomycins 及其相关化合物）。其中一些具 则 没 有 毒 性 ： Tunicamycins 的 毒 性 很 高 ， 但 是 ams，mureidomycins 和 capuramycins 的 LD50（大鼠）值则酶靶点的选择性似乎是其毒性存在差别的决定性因素[8]。mycin 为一类通过抗菌药物新靶点细菌转位酶 I[9,10]（又称 极具有开发为临床抗结核药物潜力的先导化合物，主4]和 A-503083s[15]。以糖苷键相连的 5’-C-氨基甲酰尿苷和不们共同的结构骨架（图 2）。
该蛋白被定义为总受体，通过选择氨基酸 Asp117、Asp118、Asp265 和His324（突变研究揭示这些残基是关键催化位点残基）定义结合位点，并产生半径范围为 15 的结合口袋。随后的计算均采用默认参数。能量最小化，直到达到 0.01 的能量梯度。选择具有最高 CDOCKER _INTERRACTION_ENERGY（受体与配体间结合的自由能）的结构来进行结合特征的分析。1.2 结果1.2.1 分子叠合的结果我们选用 Align to Selected Structure 模块和基于公共骨架的叠合方法，以活性最好的化合物（27）作为分子叠合的模板。如图 6A 所示为叠合的公共骨架，6B为所有训练集分子叠合后的构象。
图 7 预测和实验的 pIC50值（A）训练集（B）测试集Fig.7 Predicted versus experimental pIC50values. (A) Fitted predictions for the training set. (B)Fitted predictions for the test set.采用指标 q2、R2、R2pred进行模型预测效果评价。模型交叉验证系数 q2表示模型的可靠性[41]；q2大于 0.3 表示机会相关的概率小于 5%(模型可信度为 95%)[42]，当 q2大于 0.5 时，表明所建模型的统计意义十分显著。非交叉验证系数 R2、预测相关系数 R2pred表示模型的内部和外部预测能力，它们大于 0.5 才能表示该模型可用于预测新的化合物的活性，而值越接近于 1，说明模型的预测能力越强。经计算本模型的 q2=0.395（大于 0.3）、R2=0.976、R2pred=0.839，因此该 3D-QSAR 模型具有显著的统计学意义和可靠性，具有良好的预测能力。1.2.3 3D-QSAR 模型等势图图 8 为 3D-QSAR 模型生成的 MFA 等势图的结果。等势图可提供影响化合物活性因素的信息。这在以通过结构改造而使配体和活性位点之间更好地相互作用来设计新药时尤为重要。因此，它是设计和评估新型抑制剂必不可少的步骤。
本文编号：2812158
【学位单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R91
【部分图文】：
华北理工大学硕士学位论文列出的所有化合物都能抑制 MraY 的合成，但是各类的抑制些抑制剂具有抗革兰氏阳性菌的活性（例如 tunicamycins，ycin），一些具有抗分枝杆菌的活性（liposidomycins 和 cap菌的活性（mureidomycins 及其相关化合物）。其中一些具 则 没 有 毒 性 ： Tunicamycins 的 毒 性 很 高 ， 但 是 ams，mureidomycins 和 capuramycins 的 LD50（大鼠）值则酶靶点的选择性似乎是其毒性存在差别的决定性因素[8]。mycin 为一类通过抗菌药物新靶点细菌转位酶 I[9,10]（又称 极具有开发为临床抗结核药物潜力的先导化合物，主4]和 A-503083s[15]。以糖苷键相连的 5’-C-氨基甲酰尿苷和不们共同的结构骨架（图 2）。
该蛋白被定义为总受体，通过选择氨基酸 Asp117、Asp118、Asp265 和His324（突变研究揭示这些残基是关键催化位点残基）定义结合位点，并产生半径范围为 15 的结合口袋。随后的计算均采用默认参数。能量最小化，直到达到 0.01 的能量梯度。选择具有最高 CDOCKER _INTERRACTION_ENERGY（受体与配体间结合的自由能）的结构来进行结合特征的分析。1.2 结果1.2.1 分子叠合的结果我们选用 Align to Selected Structure 模块和基于公共骨架的叠合方法，以活性最好的化合物（27）作为分子叠合的模板。如图 6A 所示为叠合的公共骨架，6B为所有训练集分子叠合后的构象。
图 7 预测和实验的 pIC50值（A）训练集（B）测试集Fig.7 Predicted versus experimental pIC50values. (A) Fitted predictions for the training set. (B)Fitted predictions for the test set.采用指标 q2、R2、R2pred进行模型预测效果评价。模型交叉验证系数 q2表示模型的可靠性[41]；q2大于 0.3 表示机会相关的概率小于 5%(模型可信度为 95%)[42]，当 q2大于 0.5 时，表明所建模型的统计意义十分显著。非交叉验证系数 R2、预测相关系数 R2pred表示模型的内部和外部预测能力，它们大于 0.5 才能表示该模型可用于预测新的化合物的活性，而值越接近于 1，说明模型的预测能力越强。经计算本模型的 q2=0.395（大于 0.3）、R2=0.976、R2pred=0.839，因此该 3D-QSAR 模型具有显著的统计学意义和可靠性，具有良好的预测能力。1.2.3 3D-QSAR 模型等势图图 8 为 3D-QSAR 模型生成的 MFA 等势图的结果。等势图可提供影响化合物活性因素的信息。这在以通过结构改造而使配体和活性位点之间更好地相互作用来设计新药时尤为重要。因此，它是设计和评估新型抑制剂必不可少的步骤。
【参考文献】
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1 刘娟娟;核苷类抗生素Capuramycin与Albomycin结构的优化[D];华北理工大学;2015年
本文编号：2812158
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