FTO蛋白与小分子药物及类似物相互作用的光谱法研究

摘要

FTO基因在下丘脑、骨骼肌及脂肪等人体组织中高度表达，能够抑制新陈代谢，降低能量消耗效率，从而导致肥胖。FTO基因会编码一种叫做酮戊二酸依赖的核酸去甲基化酶的蛋白质，其作用与人类基因组中具有脱甲基作用的ABH2和ABH3基因的产物类似，可在有氧条件、Fe(II)及维生素C诱导下，在细胞核中催化单链DNA中的3-甲基胸腺嘧啶发生脱甲基反应，且对单链RNA中的3-甲基尿嘧啶脱甲基作用更为明显。FTO基因所编码的蛋白质是一种食欲与能量平衡调节途径的组成部分，而这种途径的失衡会直接或间接地导致脂肪积累和体重增加。FTO在食欲的控制中可能扮演重要角色。然而，FTO的功能仍然不太清楚。因此，对于FTO蛋白的研究已经成为国际上生物医学领域的一大热点。
　　光谱法具有灵敏度高、选择性好、操作简单和用样量少等优点，同时能给出蛋白质与药物小分子间相互作用相关的分子结构及构象信息。本文主要通过紫外可见光谱、荧光光谱、同步荧光光谱、三维荧光光谱和分子模拟等方法在近生理条件下，对FTO蛋白与小分子药物及结构类似物的相互作用进行了研究，得出相互作用的猝灭机理、结合常数、结合距离、结合位点数、作用力类型、蛋白质构象的变化和环境因素（缓冲溶液类型、pH和离子强度等）对反应的影响，所得结果有助于进一步了解FTO基因变异与肥胖症如何相关，认识与控制肥胖相关的新途径。这个基因可能成为新的减肥药的一个有用靶标。
　　第一章详细概述了研究药物小分子与蛋白质相互作用的常用方法及其原理，相互作用的研究内容及研究意义。
　　第二章介绍了在近生理条件下，FTO与五种吡唑类似物的相互作用。研究发现，这五种吡唑类似物对FTO的内源性荧光的猝灭属于静态猝灭。吡唑类化合物1a~1d主要以疏水作用与FTO相结合，而1e则主要靠氢键和范德华力。相对于其他四种吡唑类化合物，1e具有更强的猝灭能力和亲和力，可能与其结构中缺少一个苯环有关。酪氨酸和色氨酸残基所处微环境的极性基本没发生改变。
　　第三章在近生理条件下，对FTO与三种1,3,4-噁（噻）二唑类似物的相互作用进行了研究。这三种化合物都能使FTO的固有荧光发生猝灭，猝灭类型为静态猝灭，生成的复合物的稳定性随温度的升高而增加。化合物2c是最强的猝灭剂，化合物中硝基的位置可能对结合有影响。化合物与FTO作用后，色氨酸和酪氨酸残基所处微环境的极性和FTO的构象均发生了改变。疏水作用在1,3,4-噁（噻）二唑类似物与FTO的结合过程中发挥主要作用。
　　第四章研究了近生理条件下FTO与三种核苷类似物的相互作用。三种核苷类似物都能够猝灭FTO的荧光，猝灭机制为静态猝灭，形成的基态复合物的稳定性随温度的升高而增加。分子间作用力主要为疏水作用。与其他两种核苷类似物相比，3b具有更强的猝灭能力和亲和力。核苷类似物中氮原子上连接的基团种类对化合物与FTO的相互作用有影响，导致这三种核苷类似物与FTO间相互作用的强弱不同。色氨酸残基所处微环境的极性增强。
　　第五章研究了三种大环内酯类化合物与FTO的相互作用。研究表明：三种大环内酯类化合物所引起的FTO荧光猝灭为静态猝灭。4b和4c与FTO生成的复合物的稳定性随温度的升高而增加，疏水作用力在复合物的形成过程中起主要作用。而4a与FTO生成的复合物的稳定性随温度的升高而降低，除了疏水作用力外，氢键和静电作用可能也参与其中，且4a的猝灭能力更强。氨基酸残基周围环境的极性和蛋白的构象均发生了改变。
　　第六章研究了FTO与茶碱和咖啡因的相互作用。两种生物碱通过形成药物-蛋白质复合物的形式猝灭FTO的固有荧光，色氨酸和酪氨酸等发色团所处微环境的极性发生了改变，FTO的构象也发生了改变。复合物的稳定性随温度的升高而增加，且咖啡因的结合能力更强，杂环中氮原子上连接的甲基可能加强了咖啡因与FTO的结合。疏水作用在复合物的形成过程中起主要作用。

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第一章 绪论

1.1 药物与蛋白质相互作用概述

1.2 药物-蛋白相互作用的研究方法

1.3 蛋白质与小分子相互作用的研究内容

1.4 相互作用研究意义

第二章 五种吡唑类似物与FTO的相互作用研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 三种噁（噻）二唑类似物与FTO的相互作用研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 三种核苷类似物与FTO的相互作用研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 三种大环内酯类化合物与FTO的相互作用研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 两种生物碱与FTO的相互作用研究

6.1 引言

6.2 实验部分

6.3 结果与讨论

6.4 本章小结

第七章 结论

参考文献

个人简历

在校期间发表的学术论文与研究成果

致谢