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A型流感病毒NS1抑制剂的计算机辅助设计

作　者: 郭莹莹
导　师: 王靖飞
学　校: 中国农业科学院
专　业: 预防兽医学
关键词: A型流感病毒 NS1抑制剂作用模式虚拟筛选
分类号: S852.65
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

A型流感病毒不但是季节性流感的主要病原,而且历史上几次流感大流行也都由A型流感病毒引起。2009年暴发的H1N1亚型流感大流行仍在全世界范围内持续,而潜在的流感大流行病原,如H5N1、H9N2等感染人的病例也在逐日增多,因此,全世界流感的防控的形势非常严峻。尽管疫苗免疫是防控流感的最有效的措施,但对于新出现、抗原性发生变异的病毒引起的流感,药物治疗则对减轻病痛、降低死亡率具有重要意义。目前,研发新型的抗A型流感病毒药物已成为共识。NS1蛋白在A型流感病毒复制过程中可以增强病毒的毒力,抵抗宿主细胞的抗病毒免疫反应,是抗流感药物作用的一个潜在靶点。为研究NS1的结构特征及其可能的药物结合靶点,采用同源建模方法建立出毒株HK、PR、Tx、WSN、GD的NS1蛋白RNA结合域二聚体结构模型、全长单体结构模型、全长二聚体结构模型,并利用PROCHECK等方法对模型质量进行评估,在此基础上利用生物信息学方法对NS1上潜在的功能位点进行了分析。结果表明所建模型结构合理、可用于功能研究和药物筛选,并鉴定出NS1上潜在的药物作用靶点有4个,分别定义为site1、site3、site5和site6。利用所建立的结构模型和已知NS1蛋白抑制剂NSC109834、NSC128164、NSC125044、NSC95676进行分子对接,对这些化合物和NS1的作用靶点和作用模式进行了分析。分析结果显示这NSC109834、NSC128164、NSC125044可同时作用于site1、site3这两个靶点,而NSC95676仅在site1有活性。抑制剂作用机制是通过阻止NS1与dsRNA、CPSF30的结合来抑制NS1的功能;但4种抑制剂在site1位点的结合模式不同,NSC109834、NSC128164、NSC125044具有空间位阻作用、静电力排斥作用阻止dsRNA与NS1蛋白结合,而NSC95676的亲和力最小,分子整体呈现正电性,通过空间位阻、排斥Arg38影响RNA的结合。以鉴定出的NS1 RNA结合口袋(site1)为靶点,以ZINC8.0数据库中druglike、leadlike子库中1,140,000个小分子为筛选对象,建立了NS1抑制剂的虚拟筛选方法。经过两轮筛选(初步筛选与精细对接)确定出8个可能的先导化合物:ZINC00197916、ZINC01723322、ZINC02827168、ZINC04103765、ZINC05065460、ZINC06721146、ZINC13151400、ZINC08012842。这些化合物的结构基团特性与已知抑制剂相似,大多数分子两端均具有疏水中心,中间由碳链骨架连接。对其结合模式进行初步分析后发现先导化合物与NS1蛋白具有较强的亲和力,能够形成氢键等相互作用力,ZINC02827168发挥活性机制与NSC95676相似,而其它7个化合物发挥活性的机制与NSC109834、NSC128164、NSC125044相同。本研究中所鉴定出的NS1蛋白潜在的药物靶点、已知抑制剂的结合模式及筛选出的NS1可能的先导化合物为新型NS1抑制剂的研究奠定了基础。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-13
第一章引言  13-24
  1.1 抗A 型流感病毒药物作用靶点  13-19
    1.1.1 M2 蛋白靶点  13-14
    1.1.2 NA 蛋白靶点  14
    1.1.3 NP 蛋白靶点  14-15
    1.1.4 HA 蛋白靶点  15
    1.1.5 RdRp 靶点  15-16
    1.1.6 NS1A 蛋白靶点  16-19
      1.1.6.1 NS1A 结构特征  17-18
      1.1.6.2 NS1A 与dsRNA 的结合模式  18-19
  1.2 计算机辅助药物设计  19-22
    1.2.1 同源建模  20-21
    1.2.2 分子动力学模拟  21
    1.2.3 分子对接与虚拟筛选  21-22
  1.3 本研究的目的意义  22-24
第二章 NS1 蛋白结构的同源建模及其活性位点分析  24-32
  2.1 材料和方法  24-25
    2.1.1 服务器与软件  24
    2.1.2 蛋白质晶体结构与序列  24
    2.1.3 同源建模  24-25
    2.1.4 模型优化  25
    2.1.5 NS1 蛋白活性位点分析  25
      2.1.5.1 NS1 蛋白氨基酸序列的多序列比对  25
      2.1.5.2 NS1 蛋白活性位点的确定  25
  2.2 结果  25-31
    2.2.1 建模及优化结果  25-26
    2.2.2 模型评估结果  26-28
    2.2.3 NS1 蛋白活性位点分析结果  28-31
      2.2.3.1 NS1 蛋白氨基酸序列的多序列比对  28-29
      2.2.3.2 NS1 蛋白活性位点的确定  29-31
  2.3 讨论  31-32
第三章已知NS1 蛋白抑制剂的作用模式分析  32-46
  3.1 材料和方法  32-34
    3.1.1 服务器  32
    3.1.2 软件及使用模块  32
    3.1.3 受体NS1 蛋白结构的准备  32
    3.1.4 抑制剂结构模型的搭建  32
    3.1.5 抑制剂与NS1 蛋白靶点的分子对接  32-33
    3.1.6 分子动力学模拟  33
    3.1.7 抑制剂与关键氨基酸结合能以及相互作用能计算  33-34
  3.2 结果  34-44
    3.2.1 分子对接结果  34-36
    3.2.2 分子动力学模拟体系的稳定性  36-37
    3.2.3 结合能计算结果  37-38
    3.2.4 抑制剂与关键氨基酸相互作用能结算结果  38-41
    3.2.5 抑制剂结合模式分析  41-44
  3.3 讨论  44-46
第四章 A 型流感病毒NS1 蛋白抑制剂的虚拟筛选  46-56
  4.1 材料与方法  46-47
    4.1.1 服务器  46
    4.1.2 软件及使用模块  46
    4.1.3 蛋白质晶体结构  46
    4.1.4 候选化合物数据库  46
    4.1.5 化合物数据库的处理  46
    4.1.6 受体结构的准备及靶点的确定  46-47
    4.1.7 先导化合物结合模式初步分析  47
  4.2 结果  47-54
    4.2.1 初步筛选结果  47-50
    4.2.2 精细对接结果  50-51
    4.2.3 先导化合物结合模式初步分析结果  51-54
  4.3 讨论  54-56
第五章结论  56-57
参考文献  57-63
致谢  63-64
作者简历  64

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