蛋白激酶plk的分子动力学模拟和药物设计、核受体pxr分子对接的研究（可编辑）

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1、蛋白激酶PLK1的分子动力学模拟和药物设计、核受体PXR分子对接的研究中国科学院上海药物研究所博士学位论文蛋白激酶PLK1的分子动力学模拟和药物设计、核受体PXR的分子对接研究姓名：刘治国申请学位级别：博士专业：药物设计学指导教师：陈凯先;沈建华20060601摘要摘要保罗样激酶Polo-1ikekinase，简称PLK是一个与细胞周期的调控紧密相关的丝氨酸／苏氨酸激酶家族，在有丝分裂mitosis的各个时期以及细胞周期检测点响应中发挥重要的作用。在PLK的各家族成员中，PLKl的异常表达常常与肿瘤形成相关，并已经在多种类型的癌症中被检

2、测到。因此，研究PLKl的分子生物学和调节功能有助于揭示PLKl在细胞周期调节中扮演的角色以及它的激活与肿瘤形成之间的关系。论文的第一章综述了PLKl的分子生物学研究进展，包括PLKl在细胞周期中的作用、结构域以及相应的功能、与癌症的关系、在药物开发中的价值以及目前在抑制剂开发研究中的一些进展。由于它在有丝分裂调节中的特定角色，PLKl被认为是一个癌症治疗的潜在靶标。生物化学研究发现，在PLKl的激酶结构域和保罗盒结构域之间存在着一种分子内抑制作用，它对于PLKl的激酶活性调节有着重要的意义。同时，在激酶结构域上Thr210的磷酸化或者

3、一段磷酸化小肽与PBD的结合都能解除这种抑制作用。基于这种现象，有人提出了一种PLKl的调节机理假说，认为磷酸化小肽与PBD的结合在KD-PBD的结合界面上诱导产生了某种未知的构象变化，从而导致PLKl的分子内相互作用被破坏。为了探讨KD和PBD的动力学性质及其对分子内的活性调节的影响，我们利用各种计算方法包括同源模建、蛋白质蛋白质对接、分子动力学和构象主成分分析等，深入研究了PLKl的分子内调节机理。这部分内容在论文第二章进行了详细的描述。动力学模拟结果显示，KD和PBD都分别拥有两种状态。在Thr210上的磷酸化使KD稳定在关闭的状

4、态，而未磷酸化的KD在激活槽区是打开的，而只有未磷酸化的KD能与PBD结合。PBD则在两种不同的构象之间互相变换，这两种构象的主要区别在于PBl和PB2的相对取向不同，分别对应于PBD的打开和关闭状态。同时，我们还观察到磷酸化小肽与PBD的结合能够中断这种开合运动，使PBD的构象锁定在关闭状态。蛋白质一蛋白质对接结果揭示了打开状态的KD和关闭状态的PBD以一种相当有趣的中国科学院上海药物研究所博士学位论文VI摘要结合口袋则被KD的一段螺旋QC所占据，形成一个所谓的“双向咬合”的结合模式。这种结合模式较好地解释了PBD对KD的激酶活性抑制

5、现象，以及磷酸化小肽如何破坏这种分子内的相互作用。基于我们的模拟结果和分析，我们提出了一种原子水平上的KD―PBD之间的分子内调节机理。首先，KD的磷酸化状态决定了它有两种不同的构象，Thr210磷酸化时，KD的构象是关闭并且活性的；在的状态，分别对应关闭状态和打开状态。磷酸化小肽的结合能够将PBD稳定在关闭的状态。第三，打开状态的KD与关闭状态的PBD结合，从而抑制激酶的催化活性和PBD的磷酸化小肽结合能力。该研究在原子水平上为揭示PLKl的分子内调节机理提供了一些有意义的线索和结论。分子动力学模拟清晰地描述了KD和PBD在各种不同条

6、件下的动态特征。大量的实验现象验证了我们的KD-PBD结合模型，反过来肯定了我们模拟手段的正确性。该研究可能有助于指导新颖的PLKl抑制剂的发现与设计。近年来陆续有一些PLKl的激酶抑制剂被发现，这些抑制剂中的大多数对PLKl的激酶活性显示出较强的抑制能力。但是，由于ATP结合口袋的高度保守性，这些抑制剂对PLKl的选择性普遍较差。寻找作用于其它位点的抑制剂应该可以改善抑制剂的选择性。在论文的第三章，我们以PBD的晶体结构为基础，建立了两个虚拟筛选模型，分别对SPECS和ACD两个化合物库进行搜索，以发现新型的PLKl抑制剂。后处理程序

7、包括一致性打分，类药性评价，药物化学家的建议等等，都被用来对候选化合物进行精简。最后对SPECS和ACD库分别购买了大约65和32个化合物。生物活性测试表明有超过七个候选化合物可以与PBD结合，其结合常数／6均在uM级别。在这些候选化合物中，有一个化合物可以在细胞水平有效抑制小鼠白血病细胞P388的生长，其抑制的罐为3．33uM。这个结果是十分令人振奋的，对于将来的抗白血病药物开发可能具有指导意义。中国科学院卜海药物研究所博士学位论文摘要V11人类孕甾核受体是配体激活转录因子核受体家族成员之一，它是哺乳动物因表达的化合物所激活，并且它的

8、激活与许多不利的药物一药物相互作用紧密相关。为了研究PXR配体结合位点上对于激活至关重要的结构特征，我们利用PXR的四个晶体结构，对30多个结构不同的PXR激动剂和拮抗剂进行了一系列分子对接研究。研究结果在