39560字硕士毕业论文P38MAPK抑制剂的计算机辅助药物研究。
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：39560字
论点：激酶,活性,转导
论文概述：
本文以药物设计的基本理论和知识为基础，结合CoMFA、CoMSIA、药效团模型、docking和MD等CADD技术，对p38MAPK抑制剂进行了一系列的研究和分析，期望以此从理论上为筛选和设计新型p38 MAPK抑制剂提供
论文正文：
1文献综述
1。1 MAPK信号转导途径
1.1.1信号转导途径
细胞中跨膜信号转导的一般步骤如下:首先，细胞从外部细胞接收各种生物刺激信号，即细胞外信号分子与内含细胞受体的特异性结合；然后，细胞通过一些特殊的蛋白质信息传递链将细胞外的各种刺激信号传递给细胞及其细胞核。最后，细胞中的效应蛋白被激活，并最终诱导一系列细胞质和细胞核事件以及各种生理生化反应[2]。细胞外信号传递到细胞内的过程如图1所示。这些蛋白质信息传递链通常被称为细胞信号转导途径。生物细胞中的信号转导是紧密组织和高度网络化的。
1.1.2 MAPK信号转导途径
丝裂原活化蛋白激酶信号转导途径(Mitogen-activated Protein激酶Signal转导途径)是一种重要的信号转导途径，将细胞外信号转导到细胞中，并在生物体中诱导一系列细胞反应，位于分子信号转导网络[3]的中心。自1991年斯特吉尔等人在哺乳动物中发现细胞外信号调节蛋白激酶(ERK)以来，MAPK信号转导途径的研究在过去20年中取得了快速发展，[/br
1.1.3 MAPK家族成员及其特征
P38信号通路是MAPK家族的重要分支，被认为是细胞因子介导的免疫应答机制的重要组成部分。P38 MAPK可被各种细胞压力如高渗透压、紫外线辐射、机械应激和炎症细胞因子如肿瘤坏死因子和白细胞介素激活，这是宿主防御系统[17] 9的关键过程。目前的研究认为p38的激活可以引发多种生物学效应，包括细胞死亡、分化、增殖和衰老等。MAPK在肿瘤坏死因子(X)和白细胞介素-UIL-IP等促炎细胞因子的产生和释放中发挥重要作用。MAPK因此成为研究最广泛的MAPKs信号通路。P38 MAPK在调节促炎细胞因子如肿瘤坏死因子-a和白细胞介素-ip的增量调节以及它们在转录和翻译水平的合成和释放的信号转导网络中占据中心位置，因此被认为与许多慢性炎症和自身免疫性疾病的产生密切相关。近年来，研究发现p38 MAPK在疾病的发生和发展中起着明显的调节作用，尤其是在炎症性疾病的发生和发展中。因此，开发和研究各种特异性和选择性p38 MAPK抑制剂已成为各种炎症性疾病治疗领域的热点。。研究表明MAPKs广泛存在于各种真核细胞中，由一组级联激活的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶组成。它是信号从外部细胞到内部细胞及其细胞核的重要传输。它主要参与细胞分化、细胞增殖、细胞凋亡和胚胎发育。许多人类疾病，如炎症、癌症和免疫疾病，都与MAPKs [3]的异常表达直接或间接相关。MAPK信号通路主要由上游激活因子、核心模块蛋白和下游效应蛋白组成。上游激活剂包括许多可以调节细胞生长、发育、分化和凋亡的蛋白质因子，如细胞因子、生长因子、激素、神经递质及其细胞膜上相应的受体
2数据源和建模方法。核心模块蛋白分别是丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶(MAPKKKINE，MKKK/MAP3K)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK激酶，MKKyMAP2K)和丝裂原活化蛋白激酶(MAP激酶，MAPK)。迄今为止，已在哺乳动物细胞中发现14种MAP3KS、7种MAP2KS和12种MAPIKS。下游效应蛋白是MAPKs的底物，包括转录因子、细胞质嗜酸酶和蛋白激酶。激活前的MAPKs主要位于细胞质中，激活后立即进入细胞核激活内含基因[5]。当细胞感知外部刺激信号时，细胞主要通过高度保守的三级激酶级联反应传递信号，最终导致细胞的相应生物反应，其中MAPK位于该级联反应链的末端。通过三级激酶级联反应的MAPKs信号传递过程如图1.2所示。细胞外刺激首先通过一些环节激活MAP3K，然后MAP3K激活MA2K，然后MA2K通过双位点磷酸化激活MAPK，然后转移到细胞核中。MAPK可以被视为信号路径的中枢并被激活？MASK——一方面，能磷酸化细胞质中的巴巴蛋白；另一方面，它可以进入细胞核，作用于相应的转录因子，调节基因表达，从而参与细胞的一系列生理和病理过程，如细胞生长、发育、凋亡和恶性转化，以及细胞间的功能同步等。它与肿瘤、炎症和其他疾病的发生密切相关。
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2.1数据源
近日，劳费尔等人通过开发p38 MAPK三磷酸腺苷结合位点的疏水口袋ⅱ(疏水区ⅱ/疏水口袋ⅱ)，设计并合成了一批新的吡啶鎓咪唑化合物。与原SB203580吡啶鎓咪唑类似物相比，这些化合物显示出决定性的优势，不仅对p38MAPK具有较高的抑制活性值，还显示出高选择性、低毒性、优越的代谢性质等优势。研究表明，通过开发不被三磷酸腺苷占据的外周区域来改善小分子抑制剂的药理学特性是可能的，所述外周区域在激酶中不太保守。因此，暴露于激酶表面前端的区域(在P38蛋白激酶上经常被忽略)最适合进一步提高小分子的活性和选择性。其中，疏水口袋ⅱ属于p38 MAPK保守性较低的区域，不参与三磷酸腺苷结合。此外，该区域不同激酶的结构差异很大，这为设计和发现具有高活性和选择性的新p38 MAPK抑制剂提供了机会。因此，劳费尔(Laufer)等人在4-吡啶基的邻位引入了一个具有大空间位阻和强正电性的附加取代基(如氨基)，这使得新抑制剂获得了更稳定的代谢性质，减少了与CYP450系统的相互作用，降低了体内毒性。此外，在咪唑核上引入不同的取代基，特别是在moo核的N1和C2位置引入的取代基，可以显著改善抑制剂的物理和化学性质并降低毒性。这里，这些新合成的2-位硫代咪唑抑制剂及其体内活性代谢转化产物(如砜和亚砜)显示出优于原始吡啶鎓咪唑类似物的决定性优势，如与CYP450的相互作用更少、动力学和代谢性质更好等。因此，除了那些没有生物活性值或化学结构不清楚的分子之外，从Laufer等人那里收集了174个新合成的上述具有宽活性值的新型2-硫代咪唑化合物作为研究对象，这些化合物在体外的生物活性值(即1 (value))被转化为相应的pIC5()值(-logIC5o)并用作计算机模拟中的菌株。在综合考虑了化合物结构的多样性及其生物活性值的大小后，数据集中的所有分子按照约4∶1的比例分为训练集和测试集两个子集。训练集用于构建模型，测试集用于对构建的模型进行外部测试。在文献中，劳费尔等人测量了这些二硫代咪唑的两种类型活性的实验值，即p38cc抑制活性(活性A，活性A)和肿瘤坏死因子-α抑制活性(活性B，活性B)。本文运用CADD技术对这两种活动进行了分析和研究。一些分子对肿瘤坏死因子-a抑制活性的实验数据不完整，因此用于肿瘤坏死因子-a模型建立的数据集除了没有肿瘤坏死因子-cc抑制活性数据的分子外，在整个数据集内是151个2-硫代咪唑化合物。
3p 38a抑制活性的研究.........37
3.1数据和方法.........37
3.2定量构效关系研究(3d-QSAR)...37
3.2.1 comfa和CoMSIA模型结果.........37
3 . 2 . 23 QSAR模型的外部验证.........39[/比尔/] 3.2.3疏水参数ClogP的贡献.........41[/比尔/] 3.2.4三维QSAR等势图的分析.........43[/比尔/] 3.3分子对接结果分析.........47
3.4分子动力学模拟点.........50
3.5研究结果的分析和讨论.........52
4肿瘤坏死因子-a抑制活性研究.........55
4.1数据和方法.........55
4.2定量构效关系研究(3D-QSAR)...55
4.2.1 COMFA和CoMSIA模型结果.........55
4.2.23d-QSAR模型外部验证.........57
4.2.33d-QSAR等电位图分析.........58
4.3药效团模型结果和分析.........63
4.4基于两类活动研究结果的分析.........66
结论
借助计算机辅助药物设计的理论和方法，本课题首次通过三维定量构效关系模型(3D-QSAR)、药效团模型、分子对接和分子动力学(MD)模拟等计算模拟技术相结合，对一系列新合成的2-硫代咪唑抑制剂进行了定量构效关系研究和配体-受体相互作用机理研究。基于这些化合物对p38a(活性A)和肿瘤坏死因子-α的抑制活性(活性B)，分别建立了预测能力强、可靠性强的三维QSAR模型，并研究了影响其活性的关键参数。通过对模型的分析，得到了这些2-硫代咪唑类似物的结构特征，揭示了它们与p38MAPK受体的相互作用模式。这些结论将有助于指导更好抗炎药物的筛选和开发。本文的研究结论和创新点如下:
1)基于这两种活性，分别建立了基于受体和配体的三维QSAR模型，显示了良好的预测能力和较强的可靠性。基于活动a的CoMFA和CoMSIA模型的统计结果是Q2 = 0.475，r2ncv = 0.774，r2prek)。668和Q2 = 0.504，r2ncv = 0.745，r2prek = 0.709。基于活动B的CoMFA和CoMSIA模型的统计结果分别是Q2 = 0.561、R2NCV = 0.810、R2PRE = 0.893和Q2=0.579、R2ncv=0.843、R2pre=0.926。
2)活性A和活性B双重抑制的结构特征如下:在R1位置，引入具有中等空位阻的疏水取代基有利于这两类活性的提高；被带正电荷亲水基团和氢键供体取代的R2位置将是有利的；碳环的6位有利于连接正氢键供体；环A的一个位置应该与一个正取代基相连。R3位置应与空间位阻较小的负取代基或氢键供体相连；环甲的3位应与氢键受体基团相连。
3)氢键效应和疏水性在这两种活性的改善中起着关键作用。
4)寻找这类抑制剂的药效团，获得这类抑制剂分子作为肿瘤坏死因子-a抑制剂所需的结构特征:两个疏水中心、两个芳香环中心、两个氢键供体原子、两个氢键受体原子和两个氢键受体位点。
5)分析这些化合物与p38ot受体的相互作用机制，发现小分子主要通过四个氢键和两个强疏水效应(疏水口袋ⅰ和ⅱ)与受体紧密结合。此外，本课题首次提出了具有与p38ot受体结合的骨架的抑制剂的活性构象，即“龙虾”活性构象。
参考
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