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蛋白-配体相互作用分析是理解活性配体的结构-功能关系及其选择性的关键要素。通过对蛋白-配体作用界面的空间排布进行分析和比较，可以使我们获得大量生物学信息，并在许多方面得到应用。蛋白-配体复合物晶体结构数据的不断增长，对开发高效的三维搜索算法提出了挑战。迄今为止，已有多种用于搜索几何空间排列的工具得到开发，如CSD-CrossMiner,PRDB，PROLIX，PDBeMotif等。然而这些工具中大部分非公开可得，有些已停止维护，有些则必须安装桌面应用程序才能使用，数据更新不便。此外，现有工具均不提供预测位点、溶剂暴露和二级结构等信息。为了克服现有方法的不足，德国汉堡大学MatthiasRarey教授课题组基于他们早期的桌面应用PELIKAN，开发了一款名为GeoMine的工具。它融合了灵活的关系数据库、高效的搜索算法、易于使用的基于web的前端，用于查询生成和结果浏览。通过一些实验展示了该搜索引擎的性能和可靠性。相关研究成果以“SearchingGeometricPatternsinProteinBindingSitesandTheirApplicationtoDataMininginProteinKinaseStructures”为题，发表在美国化学会出版的药物化学核心期刊JournalofMedicinalChemistry上（J.Med.Chem.,65,2,–）。作者向我们介绍了GeoMine在蛋白激酶抑制剂设计中的三个代表性应用案例。

(1)利用不寻常的相互作用进行选择性抑制剂设计。作者对氯原子和芳香环之间的“特殊”相互作用展开研究。选定Tyr的侧链芳环中心，氯原子以及氯原子连接芳环的中心为三个参考点，并对三者的距离和角度定义一组参数，即为预设的几何模式。用户可以在预先定义好的结合配体结构集中搜索与之匹配的交互作用类型。经结构叠合及可视化检查，用户可以选择一个已知的抑制剂，利用这种交互作用，作为潜在的选择性抑制剂优化起点（图-1）。作者以周期蛋白依赖性激酶5（CDK5）和ATP类似物的复合物结构为例，基于原始定义的几何模式，从所有人源蛋白激酶的结合位点中搜索到个匹配结果，反映出该模式预期的低选择性。当增加Phe80的芳香中心作为潜在的卤素-芳香相互作用的附加作用点时，仅有八分之一的匹配结果被保留，表明Phe80是一个潜在的选择性锚点。该案例研究展示了GeoMine工具作为蛋白激酶药物设计创意生成器的出色能力。

图1:GeoMine基于“卤素-芳香环”作用模式搜索指导蛋白激酶选择性抑制剂设计的流程示意图：上图，定义卤素-芳香环系统“特殊”相互作用；中图，基于产生的数据对相关参数进行调整，并在预先定义的数据集搜索类似作用模式的靶标；（下图，CDK5选择Phe80作为附加作用点前后的搜索结果对比。

(2)寻找蛋白激酶中的选择性锚点。作者以表皮生长因子受体（EGFR）和两个代表性的抑制剂（吉非替尼和拉帕替尼）的复合物作为研究对象。分别基于与吉非替尼相互作用的关键残基（Met,Ala,Leu,Lys）、拉帕替尼相互作用关键残基（Met,Ala,Leu,Lys,Thr）生成查询，用以筛选KLIFS数据库中所有已知人源蛋白激酶。结果显示，在查询中增加Thr作为选择性锚点后，匹配的3D口袋结构由个减少至32个，这与突变的TM导致高选择性抑制剂拉帕替尼的IC50值显著增加的发现一致，显示了Thr作为潜在的选择性残基的重要性。

(3)寻找蛋白激酶中可反应的半胱氨酸。基于EGFR与小分子抑制剂（PDB-ID：3poz）构建用于查询的几何模式，该查询模式由四个点（包括溶剂暴露的半胱氨酸S原子、半胱氨酸主链N原子、N端螺旋尾部以及任意在预设范围内的配体原子）、六段距离（任意两个点之间的距离）和一个角度特征（螺旋矢量与N原子和螺旋尾部中间片段形成的角度）组成（图-2），在KLIFS数据库中检索到了75个抑制剂的3D构象。该结果不仅揭示可以通过合适的反应基团扩展有潜力的抑制剂分子以解决EGFR中的活性半胱氨酸问题，而且还可以提示共价抑制剂的潜在脱靶信息。图2：应用GeoMine查询EGFR的共价半胱氨酸位点及预测脱靶效应。GeoMine软件可以通过

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