细胞色素P450酶多态性数据库构建及相关药物代谢研究

摘要

细胞色素P450酶家族是人体中重要的一类单氧化酶，在体内发挥着许多功能，特别在药物代谢过程中具有重要作用，是人体内主要的药物代谢酶。同时此类酶的另一特性是在基因水平上具有广泛的遗传多样性，可以引起不同个体之间药物代谢能力的明显差异。因此对于细胞色素P450酶介导的药物代谢过程、不同细胞色素P450酶单体与化合物之间的代谢关系、基因多态性对于细胞色素P450酶的功能影响以及不同细胞色素P450酶突变体的活性改变机制等一直是人们对于细胞色素P450酶研究的热点。本文主要针对细胞色素P450酶的非同义单核苷酸多态性对于酶功能活性的影响及细胞色素P450酶与不同化合物之间的代谢关系进行四方面相对独立的研究，下面对进行的研究内容和所得到的结论进行简要的描述。
　　1、通过收集和阅读相关文献，构建了侧重于细胞色素P450酶的非同义单核苷酸多态性（nsSNP）影响酶活性变化的数据库 CYP-nsSNP。该数据库不仅对已测定的相关实验数据进行了有效的整理，同时也可以为理论研究氨基酸在维持细胞色素P450酶活性中的作用提供了可靠的数据资源；
　　2、利用分子动力学模拟和分子对接以及其它基于蛋白结构的方法对于蛋白表面具有重要作用的氨基酸突变F186L如何影响CYP1A2结构和功能进行了系统研究。从蛋白结构和蛋白运动的角度上分析了该表面氨基酸突变对于酶活性的作用，在原子水平上对于此表面氨基酸突变导致酶活性改变给予了合理的解释，并且首次在细胞色素P450酶研究中将蛋白运动和底物通道相结合进行分析。同时提出了与别构效应调节相类似，表面氨基酸突变可以借助影响蛋白运动和改变蛋白构象的方式来调节蛋白活性；
　　3、利用机器学习方法从化合物结构出发对于不同细胞色素P450酶底物代谢的选择性进行研究。将遗传算法和人工神经网络方法以及多标签 K邻近分类法联合使用，分别构建出可以对细胞色素P450酶底物进行分类的单标签多类别和多标签多类别分类模型。与其它细胞色素P450酶底物的分类模型相比，我们的模型涵盖了更多种类的细胞色素P450酶，更加符合体内细胞色素P450酶所介导的药物代谢；
　　4、将基于蛋白结构和小分子结构的两类方法相结合，构建出针对CYP1A2酶活性中心的结构模型。通过该模型我们可以获得组成CYP1A2酶活性中心的重要氨基酸残基在底物结合过程中所发挥的作用，并且对于药物代谢位点预测、药物设计以及有目的酶功能改造提供了详实可靠的信息。

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第一章 绪论

1.1 细胞色素P450酶的多样性

1.2 细胞色素 P450 酶在生物信息学、功能基因组学及代谢组学中的研究进展

1.3 本文研究的内容及研究意义

参考文献

第二章 细胞色素P450酶基因多态性数据库CYP-nsSNP

2.1 引 言

2.2 CYP-nsSNP数据库简要介绍

2.3 CYP-nsSNP数据库详细介绍

2.4 数据库的其它功能

2.5 数据库的应用

2.6 本章小结

参考文献

第三章 F186L氨基酸突变对于CYP1A2酶活性的作用

3.1与本实验相关的方法介绍

3.2实验部分

3.3 本章小结

参考文献

第四章 对于细胞色素P450酶代谢底物选择性的研究

4.1与本实验相关的机器学习方法的介绍

4.2 实验部份

4.3 本章小结

参考文献

第五章 利用分子模拟及分子对接方法对CYP1A2活性中心的比较分子场分析

5.1 与本实验相关的定量构效方法的介绍

5.2 实验部分

5.3 本章小结

参考文献

第六章 总结与展望

致谢

攻读博士学位期间已发表或录用的论文