PPARα、γ、δ三靶點激動劑設(shè)計、虛擬篩選及分子動力學(xué)模擬

1、 萬方數(shù)據(jù)2天津tf科大學(xué)學(xué)報第17卷酸結(jié)構(gòu)作為該部分的結(jié)構(gòu);疏水尾端選取不同體積的環(huán)系及不同長度的烷烴鏈作為該部分模塊;連接部分選擇了剛性及柔性不同的基團(tuán),為研究分子不同取向?qū)Y(jié)合能力的影響,將該部分分別與苯氧乙酸結(jié)構(gòu)的對位及間位相連。由此將三部分基團(tuán)分別組合得到一系列小分子配體,共640個。圖1benzafibrate與sodelglitazar分子結(jié)構(gòu)Fig1Molecular structures of benzafibrate and sodelglitazarA般性頭端;B.疏水尾端;c.連接基團(tuán)1.2受體及小分子結(jié)構(gòu)處理PPARet、1、8晶體結(jié)構(gòu)由RCSB蛋白數(shù)據(jù)庫下載(PDB

2、編號:2NPA、2ATH、1GWX,其中PPARl晶體結(jié)構(gòu)來自PPARll 蛋白17l,蛋白結(jié)構(gòu)處理由Schrodinger Suite2009軟件中的Protein Preparation Wizard完成,對原始結(jié)構(gòu)進(jìn)行加氫原子及除去水分子。小分子結(jié)構(gòu)由ChemDraw2008繪制,并利用Schrodinger Suite2009中LigPrep模塊進(jìn)行優(yōu)化。1.3分子對接利用Schrodinger Suite2009中的Glide功能模塊,生成以原始配體為中心,長度為20A的正方體對接區(qū)域。采用柔性對接方法,對接參數(shù)為默認(rèn)參數(shù)。對接結(jié)果由Glide中Docking score 打分函數(shù)進(jìn)

3、行評價。2結(jié)果2.1PPAR受體結(jié)構(gòu)分析圖2所示為PPARet、y、8的配體結(jié)合域(LBD,三者配體結(jié)合位點具有相似的三維結(jié)構(gòu),均由12條僅螺旋(HIH12及3條13折疊構(gòu)成。其中第12條儀螺旋AF_2是PPAR受體激活過程中發(fā)揮重要作用的部分,當(dāng)受體與激動劑結(jié)合后可以使AF一2螺旋穩(wěn)定于激活構(gòu)象。圖2PPARa、r、5受體二級結(jié)構(gòu)疊合圖Fig2The secondary structures ofPPARa、Y、and82.2PPARa、弘8三靶點激動劑篩選結(jié)果通過將所設(shè)計的小分子激動劑與PPARct、1、8各靶點進(jìn)行對接,發(fā)現(xiàn)苯氧乙酸類小分子激動劑中極性的羧酸基團(tuán)分別與PPARa中Ser2

4、80、Tyr314、His440、Tyr464; PPAR、/中His323、His449、Tyr473及PPAR8中His323、His449、Tyr473等氨基酸殘基形成氫鍵。具有代表性的小分子對接得分如表l所示,連接部分為柔性基團(tuán),疏水尾端為適當(dāng)體積的芳香基團(tuán)的苯氧乙酸類衍生物有較理想的對接得分。2.3分子動力學(xué)模擬結(jié)果為進(jìn)一步描述體系結(jié)構(gòu)的波動情況,計算了體系每個氨基酸殘基的均方根波動(RMSF,體系氨基 酸殘基的RMSF值可以體現(xiàn)出受體在動力學(xué)模擬過萬方數(shù)據(jù)第l期劉旭圓,等.PPARa、1、8三靶點激動劑設(shè)計.虛擬篩選及分子動力學(xué)模擬研究3表l代表性小分子及陽性三靶點激動劑對接結(jié)果T

5、ab1Docking results of typieal small molecules and positivethree-targets pan agonlsts名稱,編號結(jié)構(gòu)對接得分*PPARa PPAR'y PPARB,對接得分絕對值越大表明小分子與靶點結(jié)合越理想程中相對靈活和穩(wěn)定的區(qū)域。結(jié)果如圖4所示, PPARct、叮、S與1號小分子激動劑的復(fù)合物AF一2螺旋區(qū)RMSF值較空蛋白有所降低(受體AF一2螺旋區(qū)域以橫線標(biāo)出。圖3模擬體系RMSD值隨時間變化圖Fig3System RMSD雒a function ofsimulation timea.PPARct;b.PPARM

6、c.PPAR8;深色為受體激動劑復(fù)合物,淺色為小分子激動劑圖4模擬體系氨基酸殘基的RMSF值Fig4RMSF as a function of residue numbersa.PPARa;b.PPART;c.PPARb;深色為空載受體,淺色為受體激動劑復(fù) 合物萬方數(shù)據(jù)4天津醫(yī)科大學(xué)學(xué)報第17卷裹2模擬過程中PPAR一激動劑復(fù)合物氫鍵占有率Tab2The possession rate of hydrogen bonds for PPAR-agonist complexes in simulations受體氫鍵供體氫鍵受體氧鍵占有率PPARa Tyr464小分子激動劑0.064 PPAR3,T

7、yr473小分子激動劑0.119墜墜旦蘭:i塵坌王墼墊型Q:塑i l.OO.8鬟0.6獬馘0.4O.202000400060008000l0000模擬時間/ps1.OO.8囂0.6遭鍵0.4麓0.2O1.21.OO.8薹0.6簍o.40.202000400060008000i0000模綴對耀磊掩圈5氨鍵供體與受體原子間距離隨時間變化圖Fig5Distance between the hydrogen bond donors and acceptors asa function ofsimulation timea.PPARct;b.PPARl:c.PPAR53討論3.1關(guān)于PPARa、1、8三

8、靶點激動荊PPAR三類亞型表現(xiàn)出了不同的組織分布和生物學(xué)功能卜m1。PPARa廣泛分布于肝、心、腎及骨骼肌等代謝活躍的組織,與配體結(jié)合后,PPAR0【在脂質(zhì)代謝過程中發(fā)揮了很大作用,包括降低甘油三酯水平、增高高密度脂蛋白(HDL的水平、減少胰島素抵抗、心血管危險因子以及脂肪酸的吸收與氧化;PPARy是T2DM 的一個治療靶點,主要分布于脂肪組織,其被噻唑烷二酮類(TZD配體激動后可以增加胰島素的敏感性,然而TZD類藥物可導(dǎo)致水腫、體重增加及心臟毒性等諸多副作用,從而限制了該類藥物的臨床應(yīng)用。選擇性激動PPAR8可以增加HDL水平,減少胰島素抵抗及肥胖癥等?？梢?PPARot、.y、8=三類亞型

9、在對代謝過程調(diào)節(jié)中可以相互協(xié)調(diào)與補充。Fer-nandesSantos等111嗵過實驗證明,在喂以高糖、高脂飼料的小鼠中,PPARa、1、8i靶點激動劑可以有效地減少小鼠體重及葡萄糖不耐受,而PPAR選擇性激動劑不能有效地改變上述癥狀。因此在對他DM 等代謝疾病的治療中,同時激動PPARot、兒8三靶點效果優(yōu)于單一激動其中一個靶點。3.2關(guān)于分子對接分子對接是一種行之有效的計算機輔助藥物設(shè)計方法,其可以從大量小分子化合物中篩選出與靶點結(jié)合理想的配體,將這一方法應(yīng)用于藥物研發(fā)可以大大加快發(fā)現(xiàn)藥物先導(dǎo)化合物的速度。本研究小分子配體與靶點的對接得分是由Schrodinger Suite2009的Glide功能模塊中Docking score打分函數(shù)進(jìn)行評價而得出,該打分函數(shù)綜合考慮了配體與受體間的靜電作用、氫鍵作用、疏水作用以及范德華相互作用等,其結(jié)果具有一定可靠性。3.3關(guān)于分子動力學(xué)分子動力學(xué)模擬是利用牛頓力學(xué)基本原理,體系里的所有粒子都遵循牛頓運動方程,通過求解運動方程得到所有原子的軌跡,并從軌跡中計算得到粒子的各種性質(zhì),其廣泛應(yīng)用于研究蛋白質(zhì)等生物大分子的構(gòu)象隨時間演化的信息。3.4虛擬篩選結(jié)果分析PPAR受體第12條僅螺旋AF一2是該類受體激活過程中發(fā)揮重要作用的螺旋,在沒有激動劑結(jié)合時AF一2螺旋可以自由運動,當(dāng)受體與