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《兰州大学》 2017年
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MiR-21三维结构预测及小分子抑制剂的发现

杨永久  
【摘要】:MiR-21作为人类基因组中第一个被检测出来的miRNA,和绝大多数mi RNA一样具有着单链“发卡形”的三维结构。由于在人类基因组中包含了超过1000个编码的miRNA,而其又被认为参与了调控人类接近三分之一的基因相关过程,并且miR-21已被证实在人类胶质母细胞瘤等肿瘤细胞中存在过度表达的现象,故而近年来针对基于miR-21的调节机制的新兴肿瘤治疗方式的研究正在兴起。针对miRNA生物结构预测一直是一个难题,对此研究人员提出了核苷酸循环序列图理论(NCM),并利用MC-Fold与MC-Sym方法较好的预测了相关RNA的三维结构。还有一些相关领域的科研人员通过计算化学与生物实验等手段对miR-21小分子抑制剂进行研究并取得了很大的进展。这也证实了计算化学在药物研发中的重要作用。目前,分子对接、分子动力学模拟以及能量最小化等方法均成功应用于miR-21抑制剂设计当中。在生物实验方面,MTT实验方法通过预测苗头化合物的半数抑制浓度(IC50)可以快速筛选出活性好的小分子抑制剂。由于MTT实验方法具有灵敏度高、重复性好以及操作简便等优点,所以它被广泛应用于小分子抑制剂的活性测试当中。本论文的第一章首先对miRNA的来源、作用机制与相关研究以及miR-21的基本内容进行了概述。然后对miR-21二级结构预测与三维结构预测研究进展进行了介绍,并对miR-21小分子抑制剂研究进展进行了介绍。最后介绍了论文当中所用到的计算工具,并简述了本论文的整体研究思路。论文第二章主要介绍了miR-21的三维结构预测、构建和优化过程。首先用MC-Fold计算方法确定出了20个二级结构编码。然后通过MC-Sym计算方法得到5个三维结构构象。最后结合分子动力学模拟方法对构建的miR-21进行结构优化并分析能量,再采用聚类分析方法分析最有可能出现的构象,最终确定出了miR-21的三维结构构象。通过分析体系能量变化与RMSD值波动进一步观察体系结构的稳定性变化,再结合RMSF波动情况,发现了RC20与RC56号残基刚好处于miR-21其中的一个大沟区域。本实验采用的MC-Fold与MC-Sym的计算方法不仅计算原理合理,而且计算方法简便、计算速度快。用这两种RNA结构预测方法再结合分子动力学模拟及能量最小化的方法,能很好地预测miR-21的三维结构。这也为预测miR-21的三维结构提供了一条新的思路。论文第三章主要以前一章预测得到的miR-21的三维构象为基础,采用Schr?dinger10.2里面的Glide模块进行虚拟筛选研究来确定用于活性测试的化合物,并最终通过MTT实验方法确定出了苗头化合物。实验中为了准确识别小分子的结合位点,采用了口袋识别与对接打分相结合的方法确定出了小分子的结合口袋位于中间空腔位点。对SPECS数据库进行SP精度与XP精度的分子对接,筛选出了50个配体小分子。并通过MTT实验对这50个小分子化合物进行了活性测试,研究表明其中的AN-465/43384157、AN-465/43384083、AN-465/43384085以及AN-465/43384166四个小分子化合物,IC50分别是8.91、9.31、12.65以及10.8μM,它们的生物活性相对较高,所以被确定为最终研究所用的苗头化合物。通过结构比较发现这四个小分子化合物都拥有三个环结构,并且都有一个乙氨基对位取代哌啶的结构。最后分析了这四个苗头化合物在miR-21上的结合模式,发现这四个苗头化合物与miR-21上的末端两个氨基与残基RU55及RC56存在氢键相互作用。而结合第二章的RMSF分析结果可以推测miR-21的残基RC56可能是药物分子作用于miR-21上的重要部位,这也为miR-21小分子抑制剂的发现提供了一条新的思路。本实验的结果证明采用分子对接方法大大节省了苗头化合物发现的时间,并为下一步实验验证打下了基础。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ460.1

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