腺苷酸环化酶亚型选择性小分子激动剂的筛选模型建立及应用

	腺苷酸环化酶亚型选择性小分子激动剂的筛选模型建立及应用
	徐国伟
导师	左之利
学位专业	药学
关键词	腺苷酸环化酶2 腺苷酸环化酶8 选择性激动剂虚拟筛选分子对接和动力学模拟
摘要	腺苷酸环化酶（Adenylyl cyclases, ACs）是一类能够催化细胞内的三磷酸腺苷脱去一分子焦磷酸生成环腺苷酸的蛋白酶家族。近年来，越来越多的药理学及基因修饰方面的研究都证明了ACs作为一个新兴药物靶点，在应用于治疗神经性疼痛、神经退行性疾病、充血性心力衰竭及哮喘等方面的广阔前景。但一直以来，由于AC亚型选择性小分子调节剂的缺失，不仅极大的限制了不同AC亚型间的生理及病理功能确认，同时也限制了ACs作为一个新兴药物靶点的开发利用。本工作目的是通过计算机辅助药物设计方法结合体外药理活性实验的方法建立筛选模型，并进一步应用模型探讨了不同的AC亚型具有高活性及高选择性的小分子激动剂的药理作用模式和构效关关系，筛选了对不同AC亚型具有选择性激动作用的新型小分子激动剂。本论文首先通过同源建模、分子动力学模拟优化等手段构建了人源的腺苷酸环化酶8（hAC8）的同源蛋白模型。此外，对来自specs商业数据库的212770个化合物进行了初步的筛选，筛除出药理及毒理性质可能不佳的小分子化合物，从而发现了包含59844个化合物的specs精选集。再利用基于分子对接的虚拟筛选技术，从而筛选得到了共17个（hit-1 ~ 17）活性可能较好的候选小分子化合物；最后，在重组的人胚胎细胞HEK293 + hAC1、HEK293 + hAC2、HEK293 + hAC5、HEK293 + hAC8模型中，分别对这17个候选小分子进行了ACs活性筛选及选择性评价。药理活性测试结果发现：化合物hit-8对AC2具有较好的激活活性及选择性，化合物hit-9对AC8表现出较好的激活活性及选择性。其中，化合物hit-9对AC8的EC50值为0.1052 ± 0.03806 μM，阳性对照化合物弗司可林（FSK）的EC50 值为0.0937 ± 0.03757 μM，但化合物hit-9其选择性要明显优于FSK。此外，本论文对化合物hit-9进行了蛋白-小分子的结合模式分析，根据对结合口袋中相互作用力的类型及分布特点，初步推断了化合物hit-9对AC8起激动作用的作用机理。此外，化合物hit-9与FSK混合药理实验也证明了FSK与化合物hit-9的药理相互作用模式为协同作用。另一方面，阳性对照化合物FSK对AC2的EC50值为14.56 ± 1.21 μM，化合物hit-8对AC2的EC50值为8.1 ± 0.04165 μM。基于已知的化合物hit-8的结构，我们在specs数据库中对化合物hit-8骨架结构进行结构相似性搜索，发现了43个具有共同骨架的hit-8衍生物（spe-1 ~ 43）。其中，活性最好的化合物为Spe-32，其活性优化到了0.174 μM。此外，为进一步优化并开发利用化合物Spe-32对AC2的活性及更全面的探讨其构效关系，本论文设计并合成了一系列化合物Spe-32衍生物。药理活性测试结果表明，在所有的Spe-32衍生物中，活性最好的化合物为C1，化合物C1对AC2的激活活性优化到了0.090 ± 0.004 μM。综上所述，本论文通过计算机辅助药物设计结合体外药理活性实验发现了分别对AC2及AC8具有亚型选择性激动作用的化合物hit-8及化合物hit-9。本论文对化合物hit-9进行了结合模式分析及混合药理活性实验，初步推断了化合物hit-9在结合口袋中作用机理及药理作用模式；此外，本论文对化合物hit-8进行了结构修饰改造，优化得到了活性更好的化合物C1。新型的AC亚型选择性激动剂的开发应用，一方面可以作为新型的化学小分子探针应用于不同AC亚型间的功能确认，从而帮助我们理解cAMP信号通路的调控及AC各亚型的生理及病理功能；另一方面，也可以作为潜在的小分子药物前体，应用于诸如中枢神经镇痛、阿片药物成瘾及耐受、心力衰竭等多种不同疾病的治疗。
	2019-06
学位授予单位	中国科学院昆明植物研究所
学位名称	硕士
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/73991
专题	昆明植物所硕博研究生毕业学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	徐国伟. 腺苷酸环化酶亚型选择性小分子激动剂的筛选模型建立及应用[D]. 中国科学院昆明植物研究所,2019.

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腺苷酸环化酶亚型选择性小分子激动剂的筛选（5623KB）	学位论文		限制开放	CC BY-NC-ND	请求全文