以G-四链体为靶标的抗肿瘤药物虚拟筛选、分子机理及生物活性研究

摘要

真核生物染色体末端存在端粒结构,人体端粒DNA 由5'-TTAGGG-3'重复单元组成，在生理条件下可通过鸟嘌呤碱基间的Hoogsteen 氢键形成G-四链体。研究表明,正常体细胞中通常无端粒酶的表达,而85%以上的肿瘤细胞中端粒酶表达呈阳性,这说明端粒酶与细胞的恶性转化及维持分裂增殖可能具有密切的关系。G-四链体结构能够有效抑制端粒酶的活性,由此,以G-四链体为靶点来寻求能够诱导、稳定或识别四链体结构的小分子是当前研究开发抗肿瘤药物的重要途径和热点研究领域之一。文献报道蒽醌类化合物能够通过稳定G-四链体结构从而抑制肿瘤细胞增值,本文根据已知分子结构与生物活性的38个1,4-二取代蒽醌类化合物的细胞活性数据,通过分子模拟技术,建立了以G-四链体为靶标的抗肿瘤药效团模型。模型中含有两个氢键受体,两个疏水中心和一个正电中心。此模型具有较好的相关性(训练集抗肿瘤细胞增值IC50 预测值与实验值线性相关系数为0.86)。我们应用此模型在中草药三维结构数据库中进行虚拟筛选(数据库中的每个分子最多有100个构象可供选择),在筛选结果中选择了15个化合物为研究对象,通过光谱/波谱学分析、端粒重复扩增实验和抗肿瘤细胞增殖实验进行了分子机理和生物活性研究,研究表明平面型分子主要作用在G-四链体顶部的平坦区域,而链状分子主要是镶嵌在G-四链体侧面的沟槽中,化合物能够显著稳定G-四链体结构,本研究工作基于生物靶分子的识别,发展了一种发现和设计抗肿瘤先导分子结构的方法:通过能识别和稳定G-四链体的分子及其衍生物的细胞活性数据,构建药效团模型,在化合物库中进行虚拟筛选,由分子对接初步确定结合模式,利用分子动力学模拟预测活性,再结合三维构效关系进一步提出分子结构的改造方案,从而可以获得高活性的抗肿瘤化合物的结构,为新型抗肿瘤药物的研发提供基础。