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《中国农业科学院》 2017年
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基于分子对接的牛布氏杆菌苏氨酰tRNA合成酶新型抑制剂的虚拟筛选及活性验证

李明  
【摘要】:本论文重点采用同源建模(HomologyModeling)与分子动力学模拟(Molecular Dynamics Simulation)构建 了牛布氏杆菌(Brucella abortus)苏氨酰tRNA合成酶(Threonyl-tRNA Synthetase)(BaThrRS)的三维结构。接着,以牛布氏杆菌苏氨酰tRNA合成酶为靶标,利用基于分子对接(MolecularDocking)的虚拟筛选(VirtualScreening)获得了牛布氏杆菌苏氨酰tRNA合成酶新型抑制剂的候选化合物。最后,购买了对应的候选化合物,并以利用微生物抑制试验初步筛选、鉴定了对牛布氏杆菌,具有抑制作用的牛布氏杆菌苏氨酰tRNA合成酶新型抑制剂。本论文的研究内容包括以下3部分:1.BaThrRS三维结构的建立基于分子对接虚拟筛选的前提是需要靶标的三维结构,而BaThrRS的三维结构并未获得解析。本研究首先在NCBI的Protein数据库获得了BaThrRS的氨基酸序列。接着,利用NCBI中在线blast搜索了 PDB数据库中与BaThrRS具有高相似性的蛋白三维结构。然后,利用Modeller9.16软件进行同源建模,获得了 BaThrRS的初级三维结构模型。接着,利用MolProbity 4.3评价该三维结构模型的结构合理性,并利用分子动力学模拟对BaThrRS的三维结构进行了 20 ns的结构优化,获得BaThrRS的最终三维结构。结果表明,大肠杆菌苏氨酰tRNA合成酶(EThrRS)与BaThrRS的氨基酸序列具有51%的相似性,适合用作构建BaThrRS三维结构的模板。BaThrRS初级三维结构模型的Verify3D值为90.27%,ERRAT值为76.425。其Ramachandran显示,该三维结构模型有95.1%(623/655)氨基酸位于合适区域,98.9%(648/655)氨基酸位于可接受区域,1.07%(7/655)氨基酸位于不可接受区域。经过20 ns的分子动力学模拟优化后,该模型的Verify3D值升为93.76%,ERRAT值升为85.440。其Ramachandran显示,该三维结构模型有92.2%(604/655)氨基酸位于合适区域,99.2%(650/655)氨基酸位于可接受区域,仅有0.76%(5/655)氨基酸位于不可接受区域。这表明经过优化的BaThrRS三维结构模型的结构更加合理,能够用作靶标,进行基于分子对接的虚拟筛选。2.BaThrRS新型抑制剂候选化合物的筛选基于分子对接虚拟筛选需要确定抑制剂在BaThrRS上的作用位点,即对接位点。本研究首先利用ATP与BaThrRS进行分子对接,找到ATP周围的氨基酸残基,从而,找到了 BaThrRS的活性中心。接着,将勃利霉素与BaThrRS进行分子对接,找到特异性抑制剂的结合位点和结合自由能。结果表明,BaThrRS的活性中心可以结合抑制剂,可被用作结合位点来进行基于分子对接的虚拟筛选。勃利霉素的结合自由能为-9.7 kcal/mol比ATP的结合自由能(-9.8kcal/mol)略大。说明虚拟筛选中,候选化合物的结合自由能均需小于-9.7 kcal/mol。最后,通过虚拟筛选,得到了 99种结合自由能均不大于-11 kcal/mol的候选化合物。3.BaThrRS新型抑制剂的鉴定采用微生物抑菌圈实验和MIC分析方法,验证了先前得到的候选化合物。结果共发现验证的42种候选化合物种有4种化合物对布氏杆菌均具有明显的抑制效果,说明利用本研究采用的基于分子对接的虚拟筛选的有效率约为10%。其中,E1和F4的MIC分别为1 mg/mL和0.5 mg/mL。本研究为开发防治牛布氏杆菌病的药物奠定了基础。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:博士后
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S852.61

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