抑制DJ-1蛋白二聚合抗腫瘤化合物的虛擬篩選和結(jié)構(gòu)優(yōu)化及抗腫瘤抑制劑靶點(diǎn)選擇性的計(jì)算模擬研究

抑制DJ-1蛋白二聚合抗腫瘤化合物的虛擬篩選和結(jié)構(gòu)優(yōu)化及抗腫瘤抑制劑靶點(diǎn)選擇性的計(jì)算模擬研究DJ-1蛋白在人體內(nèi)分布廣泛,具有重要的生理功能。其結(jié)構(gòu)中含有的半胱氨酸對(duì)氧化應(yīng)激(OS)敏感。研究表明,該蛋白表達(dá)量的變化和功能異常與一些疾病的發(fā)生與發(fā)展密切相關(guān),如帕金森病、阿爾茲海默病、Ⅱ型糖尿病和腫瘤等。由于DJ-1蛋白在腫瘤增殖過(guò)程中的重要作用,有可能成為抗腫瘤藥物的新靶點(diǎn)。然而,本論文之前,還沒有DJ-1蛋白活性配體研究報(bào)道。因此,開展DJ-1蛋白抑制劑的研究,測(cè)試其抑制腫瘤細(xì)胞活性,探索其抗腫瘤活性的藥理機(jī)制,將對(duì)抗腫瘤藥物新靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)和新型抗腫瘤藥物的研發(fā)具有理論指導(dǎo)意義。本論文基于DJ-1蛋白的晶體結(jié)構(gòu)開展計(jì)算機(jī)輔助虛擬篩選,通過(guò)抑制DJ-1蛋白二聚化的生化研究和抗腫瘤細(xì)胞活性測(cè)試,發(fā)現(xiàn)具有抗腫瘤細(xì)胞活性的DJ-1蛋白二聚體抑制劑的苗頭化合物,并在此基礎(chǔ)上,運(yùn)用藥物設(shè)計(jì)方法,開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化和構(gòu)效關(guān)系研究,發(fā)展具有良好抗腫瘤活性的DJ-1蛋白抑制劑。研究結(jié)果顯示DJ-1蛋白是抗腫瘤藥物研發(fā)的潛在新靶點(diǎn)。本論文首先基于DJ-1蛋白的晶體結(jié)構(gòu),運(yùn)用分子對(duì)接和分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法,探索與活性多肽結(jié)合模式,確定了DJ-1蛋白潛在結(jié)合口袋以及與多肽相互作用的重要氨基酸?；诜肿幽M研究結(jié)果,運(yùn)用柔性分子對(duì)接FlexX方法,對(duì)Specs化合物庫(kù)開展虛擬篩選,結(jié)合Lipinski類藥性五規(guī)則,選擇合理結(jié)合模式的23個(gè)化合物。對(duì)這些化合物的生化研究結(jié)果顯示,多個(gè)化合物具有抑制DJ-1蛋白二聚化的活性,其中化合物A-1表現(xiàn)出良好的抑制DJ-1蛋白二聚化活性。進(jìn)一步活性測(cè)試表明,多個(gè)化合物表現(xiàn)出良好的抑制腫瘤細(xì)胞增殖的活性。隨后,開展了部分活性化合物的分子對(duì)接模擬和結(jié)構(gòu)特征比較,為進(jìn)一步的化合物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化奠定了理論基礎(chǔ)。本論文在獲得化合物A-1的基礎(chǔ)上,為了增強(qiáng)化合物的抑制DJ-1蛋白二聚化的能力和抗腫瘤活性,采用生物電子等排和類似物設(shè)計(jì)等方法,設(shè)計(jì)并合成了72個(gè)N-?；?酰肼類化合物。體內(nèi)活性測(cè)試結(jié)果顯示,部分化合物表現(xiàn)出了較好的抑制腫瘤細(xì)胞增殖的活性,并且具有較好的廣譜性。其中,化合物B-1不僅在純體外水平上表現(xiàn)出了較化合物A-1更好的抑制DJ-1蛋白二聚化生物活性,并且在細(xì)胞水平(PANC-1)上也表現(xiàn)出了較好的抑制DJ-1二聚化的活性。除此之外,化合物A-1也具有較高的抑制腫瘤細(xì)胞增殖的活性。構(gòu)效關(guān)系分析顯示,增加分子的柔性,不僅降低了化合物的cLogP值,而且也顯著提高了化合物的抗腫瘤活性。如化合物B-65,cLogP較化合物A-1下降,且抑制腫瘤細(xì)胞增殖的活性也得到增強(qiáng)。萘環(huán)以及萘環(huán)3號(hào)位上的羥基,酰肼結(jié)構(gòu)中N上的氫和增加分子的柔性,都對(duì)化合物的抗腫瘤活性至關(guān)重要。分子對(duì)接結(jié)果表明,增強(qiáng)與氨基酸殘基His126的π-π相互作用有助于提高化合物的抑制DJ-1蛋白二聚化的活性。這些研究結(jié)果將有助于指導(dǎo)N-?；?酰肼類化合物的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。此外,本論文依據(jù)擬肽類藥物的設(shè)計(jì)思路,利用含N的內(nèi)酰胺6,5環(huán)狀結(jié)構(gòu)將化合物A-1活性構(gòu)象固定,進(jìn)一步設(shè)計(jì)并合成了49個(gè)6,5-N雜雙環(huán)類化合物?？鼓[瘤細(xì)胞活性測(cè)試結(jié)果顯示,該類化合物顯示出了一定的抑制腫瘤細(xì)胞增殖的活性。進(jìn)一步的化合物與DJ-1蛋白的ThermalShift實(shí)驗(yàn)表明,化合物C-48與DJ-1蛋白有熱力學(xué)反應(yīng)。初步構(gòu)效關(guān)系顯示,6,5-N雜雙環(huán)類化合物3號(hào)位為環(huán)己烷,有利于提高活性,可能引入環(huán)烷烴較其它基團(tuán)更易插入DJ-1蛋白的結(jié)合口袋;9號(hào)位置為R構(gòu)型,連接芳香性基團(tuán),較其它化合顯示出更好的活性,可能該構(gòu)型更有助于化合物進(jìn)入DJ-1的疏水口袋,并且與His126形成強(qiáng)的π-π相互作用。這些研究結(jié)果有助于指導(dǎo)與DJ-1蛋白結(jié)合的化合物的設(shè)計(jì)與合成。同時(shí),本論文對(duì)現(xiàn)有抗腫瘤藥物作用靶點(diǎn)蛋白的配體結(jié)合選擇性分子機(jī)制開展了計(jì)算模擬研究?？鼓[瘤藥物的靶點(diǎn)非專一性是其毒性的重要因素之一,基于已有活性配體結(jié)合不同靶標(biāo)的選擇性的分子機(jī)制研究,將對(duì)開展選擇性活性化合物的設(shè)計(jì)和專一性抗腫瘤藥物的研發(fā)具有理論指導(dǎo)意義。c-Met和ALK都是屬于絡(luò)氨酸激酶蛋白家族的抗腫瘤藥物作用靶點(diǎn),其中ALK抑制劑作為抗腫瘤藥物已運(yùn)用于臨床或臨床研究。然而,由于缺乏選擇性而顯現(xiàn)毒性。本論文通過(guò)分子對(duì)接、分子動(dòng)力學(xué)模擬、結(jié)合自由能計(jì)算和MESP電荷相結(jié)合的分子模擬研究,探討了c-Met和ALK與其相應(yīng)的選擇性抑制劑的相互作用模式,以期發(fā)現(xiàn)影響抑制劑活性和選擇性的重要結(jié)構(gòu)特征。分子模擬結(jié)果表明,抑制劑與c-Met中的Phe36之間的π-π相互作用以及與Asp169之間的氫鍵相互作用對(duì)其活性與選擇性尤為重要。同時(shí),抑制劑與ALK激酶中的氨基酸殘基Met101和Arg28的靜電相互作用在活性和選擇性上也起著至關(guān)重要的作用。除此之外,對(duì)于ALK的突變型L1996M,抑制劑與Asp101和Met94之間的靜電相互作用,對(duì)于化合物與ALK突變型L1996M的活性至關(guān)重要。這些重要的信息為后續(xù)的分別針對(duì)c-Met和ALK的小分子選擇性抑制劑的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了必要的理論依據(jù)。FGFR激酶家族作為抗腫瘤靶點(diǎn)越來(lái)越受到關(guān)注,抑制該激酶的過(guò)度表達(dá)將使得腫瘤細(xì)胞的增殖受到抑制。該激酶家族擁有4個(gè)不同的亞型,分別為FGFR1、FGFR2、FGFR3和FGFR4,具有高度的同源性。開發(fā)FGFR1選擇性的抑制劑,將有助于減少不必要的副作用。本論文通過(guò)結(jié)合口袋比較、分子柔性對(duì)接、分子動(dòng)力學(xué)模擬、結(jié)合自由能計(jì)算和MESP電荷分析相結(jié)合的分子模擬研究,探討了FGFR1和FGFR4與相應(yīng)選擇性抑制劑的結(jié)合模式。分子模擬研究表明,抑制劑與FGFR1蛋白中的Asp641之間的氫鍵相互作用和與Phe642之間的疏水相互作用,對(duì)于配體與FGFR1的活性和選擇性至關(guān)重要。另外,與A