抑制DJ-1蛋白二聚合抗肿瘤化合物的虚拟筛选和结构优化及抗肿瘤抑制剂靶点选择性的计算模拟研究

抑制DJ-1蛋白二聚合抗肿瘤化合物的虚拟筛选和结构优化及抗肿瘤抑制剂靶点选择性的计算模拟研究DJ-1蛋白在人体内分布广泛,具有重要的生理功能。其结构中含有的半胱氨酸对氧化应激(OS)敏感。研究表明,该蛋白表达量的变化和功能异常与一些疾病的发生与发展密切相关,如帕金森病、阿尔兹海默病、Ⅱ型糖尿病和肿瘤等。由于DJ-1蛋白在肿瘤增殖过程中的重要作用,有可能成为抗肿瘤药物的新靶点。然而,本论文之前,还没有DJ-1蛋白活性配体研究报道。因此,开展DJ-1蛋白抑制剂的研究,测试其抑制肿瘤细胞活性,探索其抗肿瘤活性的药理机制,将对抗肿瘤药物新靶点的发现和新型抗肿瘤药物的研发具有理论指导意义。本论文基于DJ-1蛋白的晶体结构开展计算机辅助虚拟筛选,通过抑制DJ-1蛋白二聚化的生化研究和抗肿瘤细胞活性测试,发现具有抗肿瘤细胞活性的DJ-1蛋白二聚体抑制剂的苗头化合物,并在此基础上,运用药物设计方法,开展结构优化和构效关系研究,发展具有良好抗肿瘤活性的DJ-1蛋白抑制剂。研究结果显示DJ-1蛋白是抗肿瘤药物研发的潜在新靶点。本论文首先基于DJ-1蛋白的晶体结构,运用分子对接和分子动力学模拟的方法,探索与活性多肽结合模式,确定了DJ-1蛋白潜在结合口袋以及与多肽相互作用的重要氨基酸。基于分子模拟研究结果,运用柔性分子对接FlexX方法,对Specs化合物库开展虚拟筛选,结合Lipinski类药性五规则,选择合理结合模式的23个化合物。对这些化合物的生化研究结果显示,多个化合物具有抑制DJ-1蛋白二聚化的活性,其中化合物A-1表现出良好的抑制DJ-1蛋白二聚化活性。进一步活性测试表明,多个化合物表现出良好的抑制肿瘤细胞增殖的活性。随后,开展了部分活性化合物的分子对接模拟和结构特征比较,为进一步的化合物结构设计和优化奠定了理论基础。本论文在获得化合物A-1的基础上,为了增强化合物的抑制DJ-1蛋白二聚化的能力和抗肿瘤活性,采用生物电子等排和类似物设计等方法,设计并合成了72个N-酰基-酰肼类化合物。体内活性测试结果显示,部分化合物表现出了较好的抑制肿瘤细胞增殖的活性,并且具有较好的广谱性。其中,化合物B-1不仅在纯体外水平上表现出了较化合物A-1更好的抑制DJ-1蛋白二聚化生物活性,并且在细胞水平(PANC-1)上也表现出了较好的抑制DJ-1二聚化的活性。除此之外,化合物A-1也具有较高的抑制肿瘤细胞增殖的活性。构效关系分析显示,增加分子的柔性,不仅降低了化合物的cLogP值,而且也显著提高了化合物的抗肿瘤活性。如化合物B-65,cLogP较化合物A-1下降,且抑制肿瘤细胞增殖的活性也得到增强。萘环以及萘环3号位上的羟基,酰肼结构中N上的氢和增加分子的柔性,都对化合物的抗肿瘤活性至关重要。分子对接结果表明,增强与氨基酸残基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。这些研究结果将有助于指导N-酰基-酰肼类化合物的结构优化。此外,本论文依据拟肽类药物的设计思路,利用含N的内酰胺6,5环状结构将化合物A-1活性构象固定,进一步设计并合成了49个6,5-N杂双环类化合物。抗肿瘤细胞活性测试结果显示,该类化合物显示出了一定的抑制肿瘤细胞增殖的活性。进一步的化合物与DJ-1蛋白的ThermalShift实验表明,化合物C-48与DJ-1蛋白有热力学反应。初步构效关系显示,6,5-N杂双环类化合物3号位为环己烷,有利于提高活性,可能引入环烷烃较其它基团更易插入DJ-1蛋白的结合口袋;9号位置为R构型,连接芳香性基团,较其它化合显示出更好的活性,可能该构型更有助于化合物进入DJ-1的疏水口袋,并且与His126形成强的π-π相互作用。这些研究结果有助于指导与DJ-1蛋白结合的化合物的设计与合成。同时,本论文对现有抗肿瘤药物作用靶点蛋白的配体结合选择性分子机制开展了计算模拟研究。抗肿瘤药物的靶点非专一性是其毒性的重要因素之一,基于已有活性配体结合不同靶标的选择性的分子机制研究,将对开展选择性活性化合物的设计和专一性抗肿瘤药物的研发具有理论指导意义。c-Met和ALK都是属于络氨酸激酶蛋白家族的抗肿瘤药物作用靶点,其中ALK抑制剂作为抗肿瘤药物已运用于临床或临床研究。然而,由于缺乏选择性而显现毒性。本论文通过分子对接、分子动力学模拟、结合自由能计算和MESP电荷相结合的分子模拟研究,探讨了c-Met和ALK与其相应的选择性抑制剂的相互作用模式,以期发现影响抑制剂活性和选择性的重要结构特征。分子模拟结果表明,抑制剂与c-Met中的Phe36之间的π-π相互作用以及与Asp169之间的氢键相互作用对其活性与选择性尤为重要。同时,抑制剂与ALK激酶中的氨基酸残基Met101和Arg28的静电相互作用在活性和选择性上也起着至关重要的作用。除此之外,对于ALK的突变型L1996M,抑制剂与Asp101和Met94之间的静电相互作用,对于化合物与ALK突变型L1996M的活性至关重要。这些重要的信息为后续的分别针对c-Met和ALK的小分子选择性抑制剂的设计和优化提供了必要的理论依据。FGFR激酶家族作为抗肿瘤靶点越来越受到关注,抑制该激酶的过度表达将使得肿瘤细胞的增殖受到抑制。该激酶家族拥有4个不同的亚型,分别为FGFR1、FGFR2、FGFR3和FGFR4,具有高度的同源性。开发FGFR1选择性的抑制剂,将有助于减少不必要的副作用。本论文通过结合口袋比较、分子柔性对接、分子动力学模拟、结合自由能计算和MESP电荷分析相结合的分子模拟研究,探讨了FGFR1和FGFR4与相应选择性抑制剂的结合模式。分子模拟研究表明,抑制剂与FGFR1蛋白中的Asp641之间的氢键相互作用和与Phe642之间的疏水相互作用,对于配体与FGFR1的活性和选择性至关重要。另外,与A