靶标蛋白可药性构象的预测方法发展及其在药物设计中的应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81573350
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H3407.药物设计与药物信息
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

It is well-known that the protein structure in human body constantly changes. The protein conformations that can regulate the protein function for therapeutic purpose via binding or induced-fitting drug molecules are called druggable conformations. Different drugs may be developed based on different druggable conformations of a specific target protein. For instance, the hypertension drug Metoprololthe and the heart failure drug Prenalterol are actually the antagonist and agonist of β1-adrenergic receptor, respectively. To meet the great challenge of experimentally determining dynamic conformations of target protein, this proposal aims at developing a computational approach for predicting druggable conformation. Firstly, the complete space of low-energy conformations of a protein will be created either by theoretical modeling or/and enhanced sampling modeling methods based protein sequence and PDB structures. Secondly, classification of the created protein conformations will be performed to produce a series of conformation clusters. Lastly the druggable conformation will be identified based on the clustering by our NUMD method and the prediction model of druggable binding site. For validation and application of the prediction approach of druggable protein conformations, two target proteins, namely VEGFR and RR (Ribonucleotide Reductase), will be used as examples to testify the accuracy and reliability of the prediction result, meanwhile, to obtain novel inhibitors of VEGFR and RR as lead compounds for drugs to cure cancer, retinal degenerative diseases and hepatitis B. The prediction method developed by this project will not only improve the success rate of the structure based drug design approach, but also provide new idea and powerful theoretical tool for new conformation and mechanism based drug research.
蛋白质的结构在体内是动态变化的。我们将可与药物分子结合/诱导契合,进而调节蛋白质功能达到治疗目的的构象称为可药性构象。基于不同的可药性构象可开发出不同药物,如高血压药物美托洛尔及心衰药物普瑞特罗分别是β1肾上腺素受体的拮抗剂和激动剂。受制于可药性构象实验测定的巨大挑战,本项目将根据蛋白序列或晶体结构信息,结合理论模建和增强型取样模拟等方法得到较完备的低能构象空间。然后对构象空间进行聚类分析,得到一系列合理构象。最后通过我们开发的NUMD模拟及药物结合位点识别等方法遴选可药性构象。同时选择代表性靶标体系(VEGFR及RR)开展方法验证和应用研究,在优化可药性构象预测方法的同时,得到作用机制新颖的治疗肿瘤、视网膜退行性疾病及乙肝的VEGFR及RR抑制剂先导化合物。本项目开发的可药性构象预测方法将有利于提高药物设计的成功率,并为基于新结构、新机制的创新药物研究提供新的思路和可靠的理论工具。

结项摘要

生物体内的蛋白质往往同时存在多个不同的构象,不同构象上的配体结合空腔也可能显著不同,能和小分子结合并能调控蛋白质功能从而实现疾病治疗的构象称为蛋白质的可药性构象。目前已经有蛋白质可药性口袋及对应的可药性构象预测方法,但大多针对静态或小规模构象变化情况。本项目发展了一种基于大规模分子动力学模拟轨迹文件的可药性口袋预测方法D3Pockets,可通过分析口袋的稳定性、连续性及相关性来判断口袋的成药性,进而获得相应的靶标蛋白可药性构象,可为化合物发现与结构优化提供可药性的构象。利用发展的可药性位点及构象预测等多种分子模拟及药物设计方法,针对与肿瘤、血管增生等相关靶标蛋白,如VEGFR2(KDR)、TRIP13、TG2、RR等蛋白质,开展了分子动力学模拟,预测研究了可药性构象及口袋,开展了虚拟筛选及药物设计与合成研究,并进一步与药理研究工作者合作开展蛋白、细胞及小鼠体内活性评价试验,共发现了具有抗肿瘤、视网膜病变等体内活性的新化合物9个。这些结果不仅说明了我们发展的理论方法及程序具有较好的实用性,能显著提高先导化合物的发现效率,而且获得了具有较好成药性的新颖活性化合物,为肿瘤、血管增生等疾病的治疗提供新的靶标、结合位点及新化合物结构信息,值得进一步研究开发。项目实施期间,部分研究成果已发表研究论文10篇,提交专利申请3件、软件著作权1件。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Regioselectivity and Mechanism of Synthesizing N-Substituted 2-Pyridones and 2-Substituted Pyridines via Metal-Free C-O and C-N Bond-Cleaving of Oxazoline[3,2-a]pyridiniums.
恶唑啉[3,2-a]吡啶鎓类无金属C-O和C-N键断裂合成N-取代2-吡啶酮和2-取代吡啶的区域选择性及机理
  • DOI:
    10.1038/srep41287
  • 发表时间:
    2017-01-25
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Li B;Xue S;Yang Y;Feng J;Liu P;Zhang Y;Zhu J;Xu Z;Hall A;Zhao B;Shi J;Zhu W
  • 通讯作者:
    Zhu W
Combined Virtual Screening and Substructure Search for Discovery of Novel FABP4 Inhibitors
联合虚拟筛选和子结构搜索发现新型 FABP4 抑制剂
  • DOI:
    10.1021/acs.jcim.7b00364
  • 发表时间:
    2017-09-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF CHEMICAL INFORMATION AND MODELING
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Cai, Haiyan;Wang, Ting;Chen, Kaixian
  • 通讯作者:
    Chen, Kaixian
Dynamics revelation of conformational changes and binding modes of heat shock protein 90 induced by inhibitor associations.
抑制剂联合诱导的热休克蛋白90构象变化和结合模式的动力学揭示
  • DOI:
    10.1039/c8ra05042b
  • 发表时间:
    2018-07-16
  • 期刊:
    RSC ADVANCES
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Chen, Jianzhong;Wang, Jinan;Lai, Fengbo;Wang, Wei;Pang, Laixue;Zhu, Weiliang
  • 通讯作者:
    Zhu, Weiliang
D3Pockets: A Method and Web Server for Systematic Analysis of Protein Pocket Dynamics
D3Pockets:蛋白质口袋动力学系统分析的方法和网络服务器
  • DOI:
    10.1021/acs.jcim.9b00332
  • 发表时间:
    2019-08-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF CHEMICAL INFORMATION AND MODELING
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Chen, Zhaoqiang;Zhang, Xinben;Zhu, Weiliang
  • 通讯作者:
    Zhu, Weiliang
Mutation L1196M-induced conformational changes and the drug resistant mechanism of anaplastic lymphoma kinase studied by free energy perturbation and umbrella sampling
自由能扰动和伞采样研究突变L1196M引起的间变性淋巴瘤激酶构象变化及耐药机制
  • DOI:
    10.1039/c7cp05418a
  • 发表时间:
    2017-11-28
  • 期刊:
    PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Chen, Jianzhong;Wang, Jinan;Zhu, Weiliang
  • 通讯作者:
    Zhu, Weiliang

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  • 通讯作者:
    朱维良

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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