4.1.1 Comprehensive case I-Homology modeling在线视频

同学们

大家好

今天我们将在之前基础操作的基础上

结合计算机辅助药物设计相关实例

和大家探讨一下

计算机辅助药物设计在药物研发中的作用

以及相关的实际操作

首先我们来看第一个实例

即新型DDR1和DDR2双重抑制剂的设计合成

和生物学评价

盘状蛋白域受体(DDRs)是20世纪90年代初发现的

跨膜受体酪氨酸激酶(RTK)超家族成员

其可分为两种类型

DDR1和DDR2

它是炎症-细胞因子分泌的关键介质

参与细胞形态发生

分化

增殖

粘附

迁移和侵袭的调节

同时DDR2的激活也会增加IL12

肿瘤坏死因子α

和干扰素γ

等细胞因子的产生

因此

DDR1和DDR2的双重抑制

可能是抗炎药物发现的有希望的策略

迄今虽然已报道了许多DDR1和DDR2抑制剂

然而

大多数这些分子具有相对低的靶特异性

例如

除DDR1和-2外

抑制剂1和2也显示出对Abl

和c-Kit以及Src的强抑制

达沙替尼

表现出强DDR1-和DDR2- 抑制活性

但DDR1和DDR2都不是他们的主要目标

因此在本研究

我们设计和合成了新的

选择性DDR1和-2双重抑制剂

在LPS诱导的急性肺损伤

小鼠模型中具有有希望的体内治疗效果

本研究的主要技术路线如下

那么首先我们要准备

DDR1和DDR2的抑制剂的数据库

那么接下来

对它的受体结构进行一个优化和准备

利用对接法探讨其关键相互作用

在明确了关键相互作用的基础上

设计DDR1和DDR2的新型的抑制剂

那么把这些抑制剂合成出来

进而利用体内外的实验

去考察目标化合物的生物活性

结果显示

在DDR1/DDR2抑制剂数据库中

我们发现化合物4

是选择性DDR1抑制剂

看图

它有效抑制DDR1的激酶活性

IC50值为9.7nM

它还对DDR2表现出适度的抑制作用

IC50值为175 nM

但对395种非突变激酶

没有明显的抑制能力

鉴于其有希望的靶选择性

和突出的药代动力学性质

选择化合物4作为起始先导化合物

用于进一步的结构修饰

以实现DDR1和DDR2的选择性双重抑制

鉴于DDR2在其激酶结构域中

与DDR1存在约57％的序列同一性

因此本研究进一步利用同源模建

加对接的方法分析了DDR1/DDR2抑制剂

与其受体的关键相互作用

结果如图所示

我们首先在DDR1晶体结构

的基础上产生DDR2的同源模型

以提供抑制剂优化的初始结构基础

对接结果表明

化合物4可以与DDR1和DDR2的非活性构型

结合并具有相似的结合模式

该抑制剂与DDR1的Met704

Glu672和Asp784残基形成四个氢键

然而

化合物4由于其不适当的取向

而未能与DDR2的

相应Met95形成氢键相互作用

进一步的研究还表明

4号化合物的吡唑并嘧啶结构

和Tyr94和Met95

的铰链残基之间

潜在的立体异位

可能导致其对DDR2的效力显着降低

这些初步的计算分析表明

用替代的铰链结合杂环取代

吡唑并嘧啶部分可能是实现

对DDR1和DDR2的双重抑制的可行策略

因此首先设计并合成具有嘧啶部分的化合物5a

以显示出与抑制剂4

的DDR1和DDR2类似的抑制效力

据预测

在5a的2-位引入氢键供体基团

可能潜在地捕获与DDR2蛋白的

Met95残基进行额外的氢键相互作用

以改善其激酶抑制效力

因此我们进一步设计合成了5b和5c

5b和5c衍生物

均显示出改善的DDR2抑制效力

IC50值分别为45.3和83.1nM

尽管化合物5b和5c

对DDR1和DDR2表现出良好的抑制效力

但它们对抗Abl1几乎同样有效

缺乏靶标特异性

使得这些化合物

对进一步研究的吸引力大大降低

因此继续设计合成了e-i

虽然5e 5g 5f

显着降低了对DDR1和DDR2的激酶抑制效力

但5h和5i的取代衍生物

对DDR1和DDR2激酶

表现出强烈的抑制作用

IC50值分别为16.0和94.2 nM

和7.9和34.1nM

因此在化合物5h和5i的结果支持下

进一步利用构象约束策略

设计和合成双环衍生物

5j-5l

结果表明

环化显着提高了它们对DDR1和DDR2的效力

化合物5j-5L抑制DDR2的激酶活性

IC50值分别为7.0

13.1和10.4nM

化合物还显示出对DDR1的强烈抑制作用

IC50值分别为3.2

3.9和6.2nM

因此

化合物5j代表这些衍生物中

针对DDR1和DDR2的最有效的双重抑制剂之一

那么将进一步的对它进行研究

对接结果显示

化合物5j中的咪唑并吡嗪基团

可以很好地适应DDR1和DDR2的铰链区

分别与Met704和Met95形成氢键相互作用

但是

化合物5j也强烈抑制Abl1的激酶活性

IC50值为9.4nM

因此

进行进一步的结构优化

以改善抑制剂的目标选择性

构效关系结果提示

优化化合物5j中的乙基

可以减少Abl1抑制

因此

基于该假设设计并合成化合物5m-5p

结果表明

乙基部分确实对抗Abl1的抑制效力具有显着影响

当5j中的乙基被甲基取代基取代时

所得化合物5m显示出

对抗Abl1的效力提高24倍

IC50值为0.4nM

但该修饰几乎不影响DDR1和DDR2抑制

那么异丙基衍生物5n

显示出显着降低的Abl1抑制效力

IC50值为494nM

而它保留了对DDR1和DDR2的强抑制

IC50值分别为9.4和20.4nM

化合物5n代表Abl1上

最具选择性的DDR1-DDR2双重抑制剂之一

同时对接结果证实

5n很好地适合于DDR1的ATP结合位点

其具有与5j的对接模型

预测的类似的结合模式

观察到5n的咪唑并吡嗪部分

与铰链区中的Met704形成必需的氢键

在酰胺和Glu672和

Asp784之间

也形成了两个额外的氢键

而异丙基很好地进入由残基Val624

Ala653

Lys655和Met699形成的疏水口袋中

进一步利用体内外试验

验证化合物5n确实是最具选择性的

DDR1-DDR2双重抑制剂之一

具有较好的体内外生物活性

那么实验包括

酶动力学试验

体外分子生物学试验

体外细胞水平试验

以及体内小鼠模型实验

好

那么针对该实例的讲解介绍

那么到此为止

下一步我们将来看一看

如何在实操中重现这一个案例

谢谢大家