基于配體和受體虛擬篩選方法研究化合物靶標

2021-01-27 15:01:07 來源:源資信息科技(上海)有限公司

當在研究中藥化合物成分的作用機理或已知藥物產生的副作用機制,以及確定新化合物的藥物作用時,若遇到毫無頭緒無從下手的情況,不妨試試發現化合物的可能作用靶標,來解決這一科研難題。


以往我們都是通過反向找靶平臺,來預測新化合物的作用靶點。常用的靶點預測平臺有:PharmMapper(基于化合物三維結構、藥效團匹配來確定靶標)、DRAR-CPI(基于DOCK算法來確定靶標)、TargetHunter(基于化合物二維結構來確定靶標)、idTarget(基于特殊的對接算法來確定靶標)等等。(注:部分反向找靶平臺的網址見文末)


本次案例給大家介紹一種新的確定化合物靶點的方法。


基于配體和受體虛擬篩選方法研究化合物靶標

1、前言

罌粟是一年生草本植物,種類較多,其果實能制藥。其果實含嗎啡、罌粟堿等多種生物堿,具有止咳、止痛和催眠等功效。其在開啟鎮痛藥物新篇章的同時,也產生了危害人類的毒品。

研究發現罌粟中的某些化合物表現出較強的抗癌活性,能有效抑制宮頸癌細胞(Hela細胞)、結腸癌細胞(HT29細胞)的增殖。因此本研究從罌粟中分離到兩個化合物結構,然后基于配體虛擬篩選和受體虛擬篩選確定分離出的新化合物的靶標。


2、實驗流程

研究從罌粟中分離到了2個化合物,并對化合物進行抑制Hela細胞增殖的活性測定。然后基于化合物的三維形狀、靜電性質篩選DrugBank數據庫,確定最相似的化合物,進而確定靶點。

圖1 實驗流程


3、實驗結果

3.1 活性測定結果

研究從P. lacerum的甲醇提取液中分離到兩個化合物(如圖2)。對其進行結構表征和確定以后,使用MTT細胞毒性試驗檢測其對Hela細胞增殖活性的影響?;衔铫窈廷驅ela細胞的增殖都表現出了一定的抑制,IC50分別為66.4 mM和54 mM。并且這兩個化合物對正常細胞株系的生長無抑制作用。

圖2化合物結構


3.2篩選結果

研究使用形狀相似性和靜電相似性方法確定了從罌粟中分離到的兩個化合物的可能作用靶點。選用化合物Ⅰ和Ⅱ作為提問結構,篩選DrugBank中已知靶標的化合物庫。首先基于化合物Ⅰ篩選化合物庫,得到形狀相似性和靜電相似性最高的化合物DB07194(Drugbank ID)?;衔顳B07194的作用靶標為酪氨酸蛋白激酶SKY(PDB_ID: 4RSS),因此化合物Ⅰ的可能作用靶點也為該酶?;衔铫蜃鳛樘釂柦Y構進行篩選,命中化合物DB02056。而該化合物的作用靶標為醛酮還原酶1C家族3(AKR1C3)(PDB_ID: 3UG8),因此化合物Ⅱ的可能作用靶點也為AKR1C3。


將化合物Ⅰ和Ⅱ分別與酪氨酸蛋白激酶SKY和AKR1C3蛋白進行對接,并分析相互作用。酪氨酸蛋白激酶SKY與已知抑制劑(吡唑基嘧啶)對接時,形成相互作用的關鍵殘基為:Asp512、Arg498、Gly454、Leu377、Pro455、 Leu501、Ala451?;衔铫衽c靶標結合時,與殘基Asp512形成氫鍵相互作用,與Pro-455、Leu-377形成芳烴氫鍵相互作用。而AKR1C3蛋白與已知抑制劑(吲哚美辛)對接時,能與殘基Try55、Trp227、Met120、Phe306和Phe-306形成相互作用。AKR1C3蛋白與化合物Ⅱ對接時,和殘基Phe306形成芳烴氫鍵相互作用?;衔铫?、Ⅱ分別與靶標蛋白的對接結果表明,這兩個化合物可能會產生抑制活性。

圖3 化合物的形狀和靜電疊合圖(A.化合物Ⅰ為粉色,DB07194為灰色;

B.化合物Ⅱ為綠色,DB02056為藍色)


4、結論

研究從罌粟中分離到了兩個化合物,這兩個化合物都具有中等的抗腫瘤作用,對Hela細胞的生長產生抑制,而對正常細胞的生長無影響。然后研究以這兩個化合物為提問結構,進行了形狀和靜電的虛擬篩選,最后發現了形狀和靜電相似的化合物,并確定了可能的作用靶點?;衔铫窨赡茏鳛槔野彼岬鞍准っ窼KY抑制劑,化合物Ⅱ可能是AKR1C3蛋白抑制劑。該研究為新型化合物靶點的發現提供了指導。


使用模塊:ROCS、EON


參考文獻

1. Bayazeid O , Bedir E , Yalcin F N . Ligand-based virtual screening and molecular docking of two cytotoxic compounds isolated from Papaver lacerum[J]. Phytochemistry Letters, 2019, 30:26-30.


部分反向找靶平臺網址:

PharmMapper:http://www.lilab-ecust.cn/pharmmapper/

DRAR-CPI:https://cpi.bio-x.cn/drar/

TargetHunter:http://www.cbligand.org/TargetHunter

idTarget:http://idtarget.rcas.sinica.edu.tw/step.php

PDTD: http://www.dddc.ac.cn/pdtd/

TarFisDock: http://www.dddc.ac.cn/tarfisdock

ReverseScreen3D:http://www.modelling.leeds.ac.uk/ReverseScreen3D

反向找靶軟件:Mdock:http://zoulab.dalton.missouri.edu/resources_mdock.html


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