用分子模拟方法研究HIV-1整合酶与咖啡酰基类抑制剂的相互作用

用分子对接和分子动力学(MD)模拟方法研究了一类咖啡酰基和没食子酰基类HIV-1整合酶抑制剂与整合酶之间的相互作用模式,结果表明该类抑制剂分子上的两个侧链基团(咖啡酰基或没食子酰基)与整合酶的DDE基序之间的相互作用对抑制整合酶活性起到关键作用.当侧链基团为没食子酰基时,可以提高该类抑制剂与整合酶的结合能力.采用线性相互作用能方法(LIE)计算了该类抑制剂与整合酶之间的结合自由能,预测值与实验值相吻合,均方根偏差RMSD为1.39kJ·mol-1,以上结果可为基于结构的HIV-1整合酶抑制剂设计提供有用的信息.

用分子对接方法预测HIV-1整合酶与金精三羧酸抑制剂的相互作用

用分子对接方法 (Docking)研究了HIV 1整合酶与其抑制剂金精三羧酸的结合过程 .为弄清金属离子在结合中所起的作用 ,选择含有一个Mg+ 2 或不含Mg+ 2 的两种不同的整合酶受体分别与金精三羧酸对接 .结果表明 ,Mg+ 2 对稳定配体与受体的结合起了重要作用 .金精三羧酸配体与含有一个金属Mg+ 2 的整合酶受体对接 ,最优结合自由能为 - 4 5 .19kJ/mol.当Mg+ 2 失去后 ,整合酶的活性中心构象将发生变化 ,使金精三羧酸抑制剂与整合酶的结合自由能 (- 2 4 .35kJ/mol)明显增加 .预测了未知的HIV 1整合酶与其抑制剂金精三羧酸的复合物结构 ,并可对基于结构的抗HIV

荧光光谱法测定二苯甲酮类卤酚与血红素加氧酶-1的相互作用

采用荧光光谱法,探讨三种具有强抗炎、抗氧化活性的二苯甲酮类卤酚3,4-二羟基-3'-氯二苯甲酮(LM46)、4,5-二羟基-2,3-二溴二苯甲酮(LM48)、2,4',5'-三羟基-5,2'-二溴二苯甲酮(LM49)与血红素加氧酶-1(HO-1)的相互作用机制,结合分子对接分析其相互作用模式。在模拟生理条件下,用荧光猝灭法求得卤酚与蛋白配合物的结合常数,探讨主要作用力类型,并用同步、三维荧光光谱探讨其对HO-1蛋白构象的影响。荧光猝灭实验结果表明,随着温度的升高,LM46、LM48、LM49的猝灭常数(K_(sv))均下降,表观结合常数(K_(b))相应降低。卤酚与HO-1的相互作用发生荧光猝灭的机制属于静态猝灭。热力学数据表明,LM46、LM48和LM49与HO-1间的作用主要为范德华力、氢键或质子化等作用力,且反应可自发进行。同步荧光光谱、三维荧光光谱结果表明,卤酚与HO-1结合后,使HO-1的构象发生变化,进而影响色氨酸(Trp)或酪氨酸(Tyr)残基周围的微环境,改变HO-1腔内的疏水环境。

HIV-1蛋白酶与抑制剂3G3相互作用机制的分子动力学研究

HIV-1蛋白酶已经成为治疗艾滋病药物设计的重要靶标.本文采用分子动力学模拟和MM-PB/SA方法计算了抑制剂3G3与HIV-1蛋白酶的结合自由能,结果表明范德华作用驱动了3G3与蛋白酶的结合.同时也采用了基于残基的自由能分解方法计算了抑制剂-残基相互作用,结果证明残基Ala28,Val32/Val32′,Ile47,Gly49,Ile50/Ile50′,Ile84/Ile84′和Pro81′能与蛋白酶产生较为强烈的相互作用,同时也表明CH-π,π-π和CH-O相互作用控制了3G3与蛋白酶的结合.我们期望这个研究能为抗艾滋病的药物设计提供理论上的指导.

以分子模拟技术研究HIV-1整合酶和黄芩素的相互作用

背景复方中药制剂"复方三黄胶囊",是以黄芩、黄柏、黄芪为主要成分的艾滋病治疗新药申报品种。在对该制剂进行药效学研究过程中,发现该制剂"在体外有一定抑制HIV-1整合酶的抑制活性";在免疫抑制动物模型试验中,有提高与艾滋病治疗相关的细胞免疫药效;在2004年的预临床试验、2006年按CDP规范对198例HIV/AIDS进行的"双盲、多中心、剂量对照临床试验",得出了该品种"降低HIV-1病毒载量、提高CD4细胞、改善症状的治疗效果"的临床试验结论;对复方三黄胶囊组和1/10低剂量对照组降低血液中HIV-1病毒载量、提高CD4淋巴细胞的临床试验医学统计结论:P值分别为P<0.0000和P<0.05。另据美国加利福尼亚大学洛杉矶分校艾滋病研究协会2008年公布的最新研究成果显示,中药黄芪中含有一种的化学物质——TAT2,可有效抑制艾滋病病毒细胞分裂。根据以上研究背景,胡增建、陈大刚等以分子模拟技术,在NIH国家研究资源中心研究基础设施部RCMI项目基金2G12RR003048资助下,对组成该复方中药的主要成分一黄芩进行了研究,根据研究结果所撰写的下述论文在2009年在美国召开的"生物信息和计算生物学国际会议"交流并发表。得以从另一研究角度,对复方三黄胶囊药效学试验和临床试验结论予以进一步充实。摘要人免疫缺陷I型病毒(HIV-1)生命周期的一个基本步骤是将双链逆转录病毒DNA整合到宿主细胞的基因中。将病毒DNA插入到宿主染色体的HIV-1整合酶是抗AIDS药物设计中有吸引力和合理的目标,因为它是HIV复制必须的,并且在宿主细胞内没有已知的对应物。该酶的抑制剂在实现HIV蛋白酶和逆转录抑制剂在治疗中的应用具有巨大潜力。自然产物已经成为抗AIDS治疗新药的源泉。显示抗HIV活性并且已经从自然来源分离出来的化合物数量在稳定地增加。从中药黄芩(scutellria baicalensis Georgi)中发现的黄芩甙元(baicalein)和黄芩甙(baicalin)已经被证明可抑制HIV感染和复制。所以,它们成为了开发抗AIDS新药有希望的成分。为了理解这些抑制剂如何起作用,从而设计更强大和更具特异性的抑制剂,我们采用分子模拟技术研究了这些抑制剂的结合方式。首先建立了这些抑制剂的三维结构。然后,根据HIV-1整合酶催化区的晶体结构,对这些抑制剂的结合进行了计算研究,以研究该复合体结构。我们的计算建模研究的初步结构证明,黄芩甙元与HIV-1整合酶的活性区结合。我们的研究有助于识别抑制剂与HIV-1整合酶结合的药效团和设计治疗AIDS的新药。

光谱法结合分子对接法研究1-羟基芘与过氧化氢酶的相互作用

利用荧光光谱、紫外-可见吸收光谱法结合分子对接法,研究了水溶液中1-羟基芘（1-OHP）与过氧化氢酶（CAT）的相互作用.结果表明,1-OHP对CAT的内源荧光有较强的猝灭作用,且静态猝灭是引起CAT荧光猝灭的主要原因.1-OHP能与CAT形成1∶1复合物,在290 K下其结合常数为2.96×10^5L/mol.热力学分析结果表明,1-OHP与CAT结合的作用力主要为氢键和范德华力.根据Forster的非辐射能量转移理论计算得二者结合距离为3.48 nm.同步荧光和紫外-可见吸收光谱结果表明,1-OHP-CAT复合物的形成可使CAT构象发生变化,且高浓度的1-OHP对CAT的活性有明显的抑制作用.利用分子对接法预测了1-OHP在CAT上的最优结合位点和详细的结合信息,所得结果与实验相符.

Kindlin与β整合素的相互作用的分子动力学模拟

目的Kindlin是激活整合素的重要胞内适配蛋白,是黏附斑的主要成分。Kindlin-2与β整合素胞质尾部远端的特异性结合通过Kindlin-2的特定口袋与β整合素的TTV基序结合,该口袋的相关突变会引起kindlin-2黏附斑定位的缺失,并影响整合素的激活,因此探索kindlin-2与β整合素突变后的结合机制,可为靶向Kindlin-2蛋白治疗的相关药物设计提供理论基础。方法通过选取kindlin-2与β1整合素的共晶体以及对接结构,借助分子动力学模拟手段,在原子水平上揭示野生型与TTV突变及疾病相关突变对kindlin与β整合素结合机制的影响。结果与野生型体系相比,突变体系存在不稳定性。关键的氢键相互作用减少,使kindlin与β整合素的相互作用减弱,解离概率增加。在受到力的拉伸下,突变体复合物解离的时间变短,解离力变小,复合物机械强度降低。结论Kindlin相关突变后会影响复合物的稳定性,增加复合物的解离概率,影响kindlin与整合素的结合,从而导致整合素激活受损、黏附斑定位缺失以及相关疾病的产生。

5-硝基-1H-吲哚-2-羧酸与牛血红蛋白相互作用的分子模拟与光谱研究

运用密度泛函理论B3LYP/6-31G*方法对5-硝基-1H-吲哚-2-羧酸(NIA)的几何构型进行了全优化。在这基础上,用分子对接技术确定了NIA与牛血红蛋白(BHb)之间的作用位点、作用力类型及相互作用能。理论计算的结果表明NIA和BHb相互作用的静电能是-208.9 kcal.mol-1,范德华能为-180.5 kcal.mol-1,势能为-389.4 kcal.mol-1。NIA与BHb中A链上的Leu129、Ser133残基形成氢键,而NIA分子中的骨架苯环部分易与疏水氨基酸,包括产生荧光的Tyr残基等发生作用,这与NIA能使BHb荧光淬灭的实验结果是一致的。

人转运蛋白SR2的原核表达及其与HIV-1整合酶体外相互作用的检测

人转运蛋白SR2(TRN-SR2)与HIV-1整合酶(IN)相互作用是抗HIV治疗的有效靶点,寻找和设计该靶点的高效抑制剂具有重要的临床意义和广阔的应用前景。因此为了开展以TRN-SR2与HIV-1IN相互作用为靶点的抑制剂筛选研究,以pGEX-2T为载体的重组质粒pGST-TRN-SR2在大肠杆菌Rosetta(DE3)中进行原核表达,并利用亲和层析纯化得到浓度为0.80mg/mL的重组TRN-SR2蛋白;然后采用生物膜干涉技术(BLI)进行体外检测重组TRN-SR2蛋白与HIV-1IN的相互作用和结合情况。结果表明,重组TRN-SR2蛋白与HIV-1IN相互结合信号明显升高,且测得平衡解离常数KD值为45.2nmol/L。最后利用均相时间分辨荧光技术(HTRF)和交叉滴定实验确定了TRN-SR2与HIV-1IN在该靶点抑制剂筛选实验体系中的最适反应浓度分别为20和40nmol/L。以上研究结果说明原核表达的重组TRN-SR2蛋白的活性较好且与HIV-1IN体外相互作用明显,同时在筛选实验体系中TRN-SR2与HIV-1IN最适浓度的确定也为后续抑制剂的筛选提供了相应的研究基础。

金属离子对HIV-1整合酶与硫氮硫扎平抑制剂作用模式影响的分子模拟研究

HIV-1整合酶(IN)通过依赖金属离子的两步反应将病毒DNA整合入宿主细胞中.结合于HIV-1上的金属离子个数的变化直接影响整合酶与抑制剂之间的结合.用同源模建方法搭建了每条单链核心区具有两个Mg2+的(2Mg-IN-Core)和具有一个Mg2+的HIV-1IN二聚体核心区模型(1Mg-IN-Core).通过分子对接分别得到它们与硫氮硫扎平类化合物能量较低的复合物结构,并对对接结果进行了比较.研究发现:当整合酶中结合的Mg2+个数改变时,它与抑制剂的结合模式也会发生很大的变化;抑制剂能够特异且稳定地与2Mg-IN-Core模型的活性位点结合;同时与ASP64和GLU152螯合的那个Mg2+离子对于硫氮硫扎平抑制剂与整合酶上的结合有很大的影响.对2Mg-IN-Core模型与抑制剂的复合物平均结构进行了2000ps的分子动力学模拟,分析发现同时与ASP64及ASP116螯合的Mg2+与IN蛋白形成了四个稳定的螯合键;同时与ASP64及GLU152螯合的Mg2+可与IN结合,也可与抑制剂形成稳定的配位键,这个Mg2+对IN与硫氮硫扎平抑制剂之间的结合有较大影响.

多光谱方法结合理论计算探究金属β-内酰胺酶SMB-1与亚胺培南之间的相互作用

金属β-内酰胺酶(MβLs)可以水解几乎所有的β-内酰胺类抗生素,这是导致细菌感染治疗中产生耐药性的主要机制。迄今为止,由于缺乏临床批准的抑制剂,这已成为全球关注的问题。最近来自粘质沙雷氏菌的SMB-1被发现是一种新型的B3亚类MβL,它可以灭活几乎所有含β-内酰胺环的抗生素。为了明确SMB-1与β-内酰胺类抗生素的特异性分子识别和作用机制,采用内源性荧光光谱、同步荧光光谱、三维荧光光谱及分子对接方法对碳青霉烯类抗生素亚胺培南(IMIP)与金属β-内酰胺酶SMB-1之间的相互作用机制进行探究。猝灭光谱结果表明IMIP可以使SMB-1内源性荧光猝灭,且猝灭机制为动态和静态组合猝灭,其中静态猝灭为主,结合常数K a为16.11×10^(3)L·mol^(-1)(277 K),表明两者之间具有很强的结合力;根据Van’t Hoff方程得出结合过程中的热力学参数ΔG<0,ΔH=-79.65 kJ·mol^(-1),ΔS=-238.69 J·mol^(-1),说明两者的结合是由焓变和熵变共同驱动的,且氢键和范德华力为主要作用力;同步荧光结果中,随着IMIP浓度的增加,SMB-1最大发射波长均发生蓝移4.4和2.9 nm,表明Tyr和Trp残基参与IMIP与SMB-1的结合过程;三维荧光光谱中IMIP加入后,SMB-1的Peak B和Peak C强度显著降低,表明SMB-1与IMIP作用之后的微环境和构象发生了改变,与同步荧光结果一致。分子对接结果中IMIP的β-内酰胺环进入SMB-1的结合口袋,而侧链因空间位阻效应位于活性口袋的外部,表明SMB-1主要是识别IMIP的核心结构,与其R2侧链的作用较弱;与IMIP参与作用的氨基酸残基包括Ser175,Thr177,Gln157,His215和Glu217,表明这些氨基酸残基与活性部位的两个锌离子是设计具有强亲和力的SMB-1抑制剂的关键因素;结合自由能也为负值,表明两者的结合是一个自发放热的过程,与荧光结果一致。该研究提供了对SMB-1与IMIP的识别和结合的见解,可能有助于设计β-内酰胺酶新底物和开发对超级细菌具有抗性的新抗生素。

用分子对接方法研究HIV-1整合酶与病毒DNA的结合模式

用分子对接方法研究了HIV-1整合酶(Integrase,IN)二聚体与3′端加工(3′Processing,3′-P)前的8bp及27bp病毒DNA的相互作用,并获得IN与27bp病毒DNA的特异性结合模式.模拟结果表明,IN有特异性DNA结合区和非特异性DNA结合区;IN二聚体B链的K14,R20,K156,K159,K160,K186,K188,R199和A链的K219,W243,K244,R262,R263是IN结合病毒DNA的关键残基;并从结构上解释了能使IN发挥活性的病毒DNA的最小长度是15bp.通过分析结合能发现,IN与DNA稳定结合的主要因素是非极性相互作用,而关键残基与病毒DNA相互识别主要依赖于极性相互作用.模拟结果与实验数据较吻合.

多光谱法、分子对接模拟和生物膜干涉研究槲皮素与小窝蛋白-1的相互作用

小窝蛋白-1(CAV-1)在动脉粥样硬化等心血管疾病的发生发展中发挥关键作用。为了解槲皮素与CAV-1的相互作用,在模拟生理环境和不同温度条件下,采用多光谱法、同源模建、分子对接模拟和生物膜(BLI)技术进行研究。荧光猝灭数据结果显示,猝灭速率常数Kq值远大于2.0×10^(10) L·mol^(-1)·s^(-1),且猝灭常数KSV随温度升高而降低,证明槲皮素和CAV-1相互作用的猝灭过程为静态猝灭;而热力学参数,焓变ΔH<0、熵变ΔS<0且ΔG<0,表明二者的结合过程是自发、焓驱动的,其相互作用的主要类型为范德华力和氢键作用。通过对槲皮素与CAV-1相互作用的同步荧光光谱和三维荧光光谱分析,随着槲皮素的加入,CAV-1的荧光强度逐渐降低,证明二者之间发生了相互作用。进一步分析发现,同步荧光光谱中槲皮素使CAV-1中的芳香族氨基酸残基的最大发射波长发生了轻微红移,周围的微环境极性增强,亲水性增加,表明槲皮素的加入使CAV-1的蛋白质构象发生了改变。紫外-可见光谱结果显示,CAV-1与槲皮素之间形成了一个基态复合物,进一步证实了CAV-1与槲皮素之间的静态猝灭机制。采用同源模建技术建立CAV-1的X射线晶体结构模板。分子对接模拟结果显示两者结合力为-7.372 kcal·mol^(-1)。对接结果表明槲皮素结合点位于由GLU20,ASP70,VAL16和ARG19等氨基酸形成的活性口袋中,与GLN21,VAL16和ARG19位点产生范德华力作用,与GLU20,ASP70位点存在氢键作用力。各种作用力影响了CAV-1的微环境变化,导致其荧光猝灭,是参与复合物形成的关键因素。最后,利用BLI技术对槲皮素和CAV-1的结合进行定量研究,研究结果显示,二者具有良好的的结合活性,结合解离平衡常数K_(D)值为2.50×10^(-5) mol·L^(-1);其响应信号值随槲皮素浓度的升高而增强,表明CAV-1与槲皮素之间存在特异性结合。该研究有助于了解槲皮素与CAV-1的相互作用机制,为槲皮素治疗动脉粥样硬化的作用靶点研究提供参考。

HIV-1整合酶核心区野生型和F185K突变型活性和溶解性的比较及分子动力学模拟分析

表达纯化了野生型(WT)及F185K突变型HIV-1整合酶核心区蛋白(INC),并对二者的溶解性和活性进行了比较.实验结果表明:F185K突变后INC溶解性显著提高,活性有一定程度降低.对WT和F185KINC体系进行了1800ps的分子动力学模拟.模拟结果表明:F185KINC功能loop区柔性和蛋白质整体运动性降低,使蛋白质活性降低,F185K突变后盐桥网络的变化驱动了INC局部构象改变,引起INC表面的部分疏水残基被包埋,亲水残基暴露,相对亲水溶剂可接近面积增大,同时,突变后INC与水之间形成氢键的数量增加,与水之间作用加强,以上变化使INC溶解性提高.分子动力学模拟与实验结果相吻合.为理解蛋白质溶解性和对蛋白质进行可溶性改造提供了一定的理论依据.

分子对接法研究1-甲基芘及其含氧代谢物与BSA的相互作用

应用分子对接法研究了1-甲基芘(1-MPyr)及其含氧代谢物1-羟甲基芘(1-OHMP)和1-芘甲酸(1-PCA)与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用.结果表明:3种小分子与BSA的亲和能力的强弱顺序为1-OHMP<1-MPyr<1-PCA;1-MPyr结合在BSA的ⅡA域和ⅢA域之间,而1-OHMP和1-PCA均结合在BSA的IB域;结合位点周围与1-MPyr、1-OHMP和1-PCA产生相互作用的主要氨基酸残基数目分别为6、5和6;1-MPyr与BSA主要靠疏水作用力结合,而1-OHMP及1-PCA与BSA的结合作用力主要为疏水作用力和静电作用力,且1-PCA还与Leu115残基形成了键长为0.21nm的氢键.

基于分子对接技术研究漆酶与介质间的结合模式与相互作用机制

为深入研究漆酶-介质体系中漆酶与介质间的相互作用,基于分子对接技术计算模拟了变色栓菌漆酶与5种典型介质之间的结合模式,并在分子水平阐明了漆酶与介质的相互作用机制。结果表明,漆酶活性位点的Leu164、Asn264、Phe265、Gly392、Ala393、Ile455等氨基酸残基与介质发生疏水作用,Asp206与介质中的羟基发生氢键作用;漆酶与介质作用时His458远离了T1Cu,对漆酶氧化电势的提高具有较大贡献。为漆酶与介质结构的进一步改造以及从天然资源中挖掘新介质提供了理论指导。

HIV-1整合酶链转移抑制剂的QSAR研究与分子设计

为了研究人类免疫缺陷病毒1型(HIV-1)整合酶链转移抑制剂(INSTIs)抑制活性的定量构效关系(QSAR),从而获得活性更好的抑制剂,基于拓扑理论,计算了32种INSTIs分子的电拓扑状态指数(Ei)和电性距离矢量(Mj)。通过最佳变量子集回归(LBR)方法建立了化合物抑制活性的六元(M57,M14,E7,E13,E21,M36)QSAR模型。以模型中的6个参数为人工神经网络输入层构建反向传播(BP)算法模型,设定6∶2∶1的网络结构,相关系数R2由多元线性回归的0.946提升到0.992。分析模型的6个变量可知,影响INSTIs抑制活性的主要结构片段是>N—、—N—、—C—、—X、—C<、—CH和—OH。通过结构修饰提出3种具有较高抑制活性的新化合物。

靶向MLL1-WDR5蛋白-蛋白相互作用抑制剂的研究进展

Mixed lineage leukemia 1(MLL1)是组蛋白甲基转移酶SET家族的成员之一。MLL1与WDR5、RbBP5、Ash2L和DPY-30组成MLL1甲基转移酶复合物调控组蛋白H3的第4位赖氨酸的甲基化水平,对造血系统的发育和血细胞的更新至关重要。部分白血病患者体内存在因MLL1基因易位而产生的致癌蛋白——MLL1融合蛋白,MLL1融合蛋白在发挥其致癌作用时需要功能完整的MLL1酶复合物,故靶向MLL1-WDR5的蛋白-蛋白相互作用成为治疗MLL1融合型白血病的潜在策略。本文对MLL1-WDR5蛋白-蛋白相互作用的生物学机制、结构信息以及抑制剂进行了系统的总结,并结合已报道数据对该领域进行了展望,以期为后续研究提供参考。

用分子模拟方法研究HIV-1整合酶突变体的耐药性机理(英文)

二酮酸类化合物(DKAs)是目前最有前景的HIV-1整合酶(integrase,IN)抑制剂.为了解DKAs引起的多种耐药株共有的耐药性机理,选择3种S-1360引起的IN耐药突变体,用分子对接和分子动力学模拟,研究了野生型和突变型IN与S-1360的结合模式,基于该结合模式探讨了3种耐药突变体所共有的耐药性机理.结果表明:在突变体中,S-1360结合到耐药突变IN核心区中的位置靠近功能loop 3区却远离与DNA结合的关键残基,结合位置不同导致S-1360的抑制作用部分丧失;残基138到166区域的柔性对IN发挥生物学功能很重要,S-1360能与DNA结合的关键残基N155及K159形成氢键,这2个氢键作用降低了该区域的柔性,突变体中无类似氢键,因而该区域柔性增高;在突变体中,S-1360的苯环远离病毒DNA结合区,不能阻止病毒DNA末端暴露给宿主DNA;T66I突变导致残基Ⅰ的长侧链占据IN的活性口袋,阻止抑制剂以与野生型中相同的方式结合到活性中心,这均是产生抗药性的重要原因.这些模拟结果与实验结果吻合,可为抗IN的抑制剂设计和改造提供帮助.

Abl相互作用蛋白-1在肿瘤基础与临床研究中的进展

Abl相互作用蛋白-1(Abl interactor protein 1,Abi1)作为接合蛋白参与肌动蛋白重建,在细胞的多种生物学行为中发挥重要的作用;通过形成不同的大分子复合物,调控着多种与肿瘤细胞增殖、凋亡、黏附、迁移等相关的信号传导通路;并与某些类型的白血病及部分恶性实体肿瘤的发生发展密切相关。Abi1作为潜在的分子靶点在肿瘤的基础和临床研究中显示出广阔的研究前景。