虚拟筛选法推导小分子介导的G-偶联蛋白受体,G-蛋白信号转换调节作用.docVIP

虚拟筛选法推导小分子介导的G-偶联蛋白受体/G-蛋白信号转换调节作用 摘要 活化的G蛋白偶联受体与细胞内信号转换机制（如异源三聚体G蛋白），它们两者相互作用的调节机制作为治疗一些疾病的范例，是个很吸引人的研究项目，尽管目前很少有相关的基础研究。由G蛋白偶联受体持续活化导致的先天性疾病，同样在肿瘤细胞中，G蛋白偶联受体常过度表达，对于这些疾病可以使用调控下游信号方法治疗。但是治疗方案需要新的方法学论证。建模、收集实验数据、锚定、评等级、验证性实验（MEDSET）可用于寻找新的活化G蛋白胞内环结构的抑制剂。如（信息管理学）概念验证中所要求的那样，对于光活性视紫红素与G蛋白的传导素相互作用过程，MEDSET开发和利用了一个新的标准模型。我们从美国国家癌症研究所的一个化合物库中筛选并确认了一些化合物，这些化合物能作用于光活性视紫红素以及它的G蛋白之间，并与之形成复合物。这些化合物在虚拟筛选中获得高分，我们拿这些化合物进行实验，测试它对光活性视紫红素（R*）的稳定作用以及抑制R*与传导素结合的能力。我们最终确认了几个有信号传导调节作用的化合物。 介绍 G-偶联蛋白受体（GPCRS）是七螺旋跨膜蛋白，这个蛋白能把细胞外信号转换为细胞内作用因子。这个过程包含了大范围的生理信号传递过程。包括化学作用（激素、多肽、蛋白以及神经递质）、嗅觉、味觉、和视觉作用。在GPCRS中，G蛋白胞外螺旋结合位点的激活作用，引起非活性到活性状态的转变，这个过程中引起蛋白结构的构象变化。胞外作用能调节胞内G蛋白与胞内螺旋区的结合以及胞内信号转换。(1)而GPCRS一直被用于药物研究的作用靶点。近期开发的药物中50%能作用于GPCRS，每年能产生300亿美元的销售额(2)。从人类基因组工程获得的数据来看，作用于GPCRS的药物的数量还将增加。目前有几百个G-偶联蛋白的孤独受体，通过序列比对，揭示了这些孤独受体是人类基因组中常见的蛋白。而目前市场出售的药物中仅对其中的30个GPCRS有作用。 虽然在制药工业中有大量的靶点GPCRS，G蛋白家族的3D结构的数据却很少，而用立体结构描述的激动剂和拮抗剂成为疑难问题的解决方案。在2000年，非活性状态的视紫红素（R）通过X射线结晶法，第一次验证了它属于GPCRS(3)、视紫红素M2光活性状态（R*）(4)随后也用X射线结晶法证明了它的光谱结构与前者的相似性。但是在那个立体结构中，跨膜蛋白的立体结构却与大量的生物数据存在矛盾。这说明，其中存在着重要的螺旋分子的构象变化和移动。研究发现BIM-46174这个化合物能抑制GPCRS与G蛋白结合，这点已通过人癌细胞系的培养实验证实(17)。这些结果说明了作用于活化的GPCRS与它的G蛋白结合，以此阻断信号传导的办法是可行的。 在这篇文章中，实验与计算机技术的结合，运用于寻找目的抑制剂，该抑制剂能结合胞内螺旋结构来调节GPCRs/G蛋白传导。MEDSET能为研究复杂的GPCRs/G蛋白活化机制模型提供系统的研究方法，然后用虚拟筛选化学库寻找先导化合物，用它治疗持续性GPCRs活化导致了眼科疾病。使用眼睛中的GPCRs，视紫红素，以及它的G蛋白、传导素、这些元素，通过MEDSET，在（信息管理学）概念验证中作为一个典型的研究模型。光活性R*与传导素结合的工作模型包含以下内容：分子模型，突变数据库中的分子连接数据，传导素α亚基C末端可识别基序的核磁双共振分析结果；把它们结合起来推导它们的相互作用。为了验证R*的胞内螺旋结构与传导素相互作用的模型，建立一个小分子数据库用来虚拟筛选一些潜在先导化合物作为R*与传导素结合的抑制剂。这是第一次用一个活化GPCRs的胞内螺旋蛋白与G蛋白结合的模型去验证一个化合物，这个化合物作为一个抑制剂，通过结合在GPCRs/G蛋白之间产生抑制作用。MEDSET能把实验数据结合到模型中去，而各种类型GPCRs/G蛋白介导的信号传导调节作用是在制药行业中研究的热点，尤其在肿瘤学研究中，多GPCRs通常在许多肿瘤细胞中过度表达，这项技术已广泛应用于这一领域。 结果 虚拟筛选的结果 最近一个研究课题使用了Gtα(340-350)工作模型与R*的胞内螺旋结构的结合模型(18)。通过对NCI Diversity Set中的1990个化合物与“猜想的”R*的胞内螺旋结构模型进行虚拟连接，这1990个化合物共得到了55680种可能的连接方式（图1A，B）。然后用X-score、Autodock、Cscore软件分析这些连接方式并各自打分。每种软件筛选出评分最高的前10%的连接方式（即各有5568种连接方式）被单独挑出，用于数据分析。Cscore的数据有个特点，所有化合物的评分中有大量数值相等的评分。它只把化合物评为1-4分，4分为最高。这个结果表明，所有评为4分的化合物都包含于其