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分子对接程序重构G-四链体-配体小分子复合物的能力评价

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摘要

缩略语表

第一章 绪论

1.1.2 G-四链体-配体结合模式

1.1.3 靶向G-四链体的配体小分子研究现状及进展

1.1.4 分子对接

1.1.5 发现新型G-四链体配体需要解决的问题

1.2 本论文的工作设想

第二章 构建用于对接软件评价的G-四链体-配体复合物测试集

2.1 前言

2.1.2 构建G-四链体-配体复合物测试集的策略

2.2 G-四链体-配体复合物测试集分类

2.3 结果与讨论

2.4 小结

第三章 常用分子对接软件对G-四链体-配体复合物重构的纫综合表现

3.1 前言

3.1.2 分子对接软件对G-四链体-配体复合物测试集重构的综合表现评估策略

3.2 材料与方法

3.2.1 分子对接软件及参数设置

3.2.2 复合物结构处理

3.2.3 评估参数

3.3 实验结果

3.3.1 分子对接软件对整个测试集的综合表现

3.3.2 分子对接软件对各个测试子集的表现

3.4 讨论

3.5 小结

第四部分 靶向端粒G-四链体选择性配体的虚拟筛选

4.1 前言

4.1.1 发现靶向端粒G-四链体的新型选择性配体分子的意义

4.1.2 虚拟筛选策略

4.2 实验方法与结果

4.2.1 G-四链体结构预处理

4.2.2 数据库中化合物处理

4.3.3 虚拟筛选

4.2.3 荧光共振能量转移实验(FRET) (与丁婕琴同学合作)

4.2.4 化合物抗肿瘤细胞活性测定(与高超同学合作)

4.3 小结

第五部分 总结与展望

参考文献

附录

致谢

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摘要

核酸G-四链体是由鸟嘌呤富G序列形成的特殊核酸二级结构,在基因的复制、转录和翻译中发挥重要作用。靶向G-四链体的化学小分子呈现了很好的抗肿瘤和抑制病毒的活性。但目前发现的G-四链体配体由于缺乏选择性,细胞毒性较高,因此需要发现新的选择性的G-四链体配体。分子对接方法是发现新型G-四链体配体的常用方法,但已开发的分子对接软件绝大多数是基于蛋白-药物相互作用体系开发的,其描述G-四链体-配体相互作用的准确性还有待评价。
  为此,本论文搜集整理了PDB数据库中G-四链体-配体复合物结构,测试了常用分子对接软件对G-四链体-配体相互作用的描述能力。在此基础上,采用“一致性”分子对接的虚拟筛选策略,筛选了靶向端粒G-四链体的选择性配体小分子,并测试了这些小分子的活性。
  本论文包括以下三个部分:
  1.建立了G-四链体-配体复合物测试集。测试集包含29个G-四链体-配体复合物结构(34个样本)的测试集,且该测试集具有公平、完整、多样化等特点。
  2.评估了常用分子对接软件对G-四链体-配体复合物重构的综合表现。参照CASF方法(Comparative Assessment of Scoring Functions,CASF),评估了Autodock、Autodock Vina、GOLD、LEDOCK、PLANTS五种对接软件对G-四链体-配体复合物的重构表现。结果显示:
  (1)对接能力:PLANTS对接成功率最高,其对配体的对接成功率为38.24%,同时对配体母核的对接成功率为41.18%,但该程序对接成功率易受配体初始构象影响。Autodock、Autodock Vina、GOLD+GoldScore对接成功率良好,且受配体初始构象影响较小。
  (2)采样能力:PLANTS采样成功率最高,其对配体采样成功率为47.06%,同时对配体母核采样成功率为76.47%。组合LEDOCK和PLANTS两个对接软件,采样成功率有明显提高,母核采样成功率达到91.18%,由于侧链柔性较大配体采样成功率最高为52.94%。此外,组合多种分子对接软件,配体采样成功率最高达到61.76%,配体母核采样成功率最高达到94.12%,采样成功率略有提高。
  (3)打分函数筛选能力:在打分前10%,20%,30%范围,GOLD+ASP对配体筛选成功率均最高,其对应的虚拟筛选成功率依次为79.17%,83.33%,91.67%;Autodock对配体母核筛选成功率均最高,筛选成功率分别为82.35%,91.18%,97.06%。
  (4)打分函数排名能力:在打分排名前10%和前20%范围,Autodock打分函数对最佳对接构象排名成功率均最高,且以排名前10%为限,Autodock排名成功率为35.29%;以排名前20%为限,其排名成功率为44.12%。此外,以排名前30%为限,GOLD+ASP排名成功率最高,其排名成功率达到62.50%。
  4.以端粒G-四链体为靶标,得到选择性识别端粒G-四链体的配体小分子。通过虚拟筛选最终选择20个化合物并购买。生物物理检测发现活性化合物B08对端粒G-四链体有稳定作用(B08浓度为100μM时,△Tm为6.2℃),而对双链DNA几乎无影响。采用相似性搜索方法挑选高活性化合物,得到与其结构相似的化合物D04、C04,两化合物对端粒G-四链体的稳定作用进一步提高(化合物D04、C04浓度为100μM时,△Tm分别为16℃、10.3℃)。同时,细胞活性初筛实验发现,在浓度为5μM时,D04对H226细胞抑制率为90.13%,且对A549细胞抑制率为92.76%。

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