蛋白激酶PLK1的分子动力学模拟和药物设计、核受体PXR分子对接的研究（可编辑）
蛋白激酶PLK1的分子动力学模拟和药物设计、核受体
PXR分子对接的研究
中国科学院上海药物研究所 2013六级作文
博士学位论文
蛋白激酶PLK1的分子动力学模拟和药物设计、核受体PXR的分子
对接研究
姓名:刘治国
申请学位级别:博士
专业:药物设计学
指导教师:陈凯先;沈建华
20060601
摘 要
摘 要
保罗样激酶 Polo-1ikekina，简称PLK 是一个与细胞周期的调控紧密
相关的丝氨酸,苏氨酸激酶家族，在有丝分裂 mitosis 的各个时期以及细胞
周期检测点响应中发挥重要的作用。在PLK的各家族成员中，PLKl的异常表达
常常与肿瘤形成相关，并已经在多种类型的癌症中被检测到。因此，研究PLKl
的分子生物学和调节功能有助于揭示PLKl在细胞周期调节中扮演的角色以及它
的激活与肿瘤形成之间的关系。论文的第一章综述了PLKl的分子生物学研究进
展，包括PLKl在细胞周期中的作用、结构域以及相应的功能、与癌症的关系、
在药物开发中的价值以及目前在抑制剂开发研究中的一些进展。由于它在有丝
分裂调节中的特定角色，PLKl被认为是一个癌症治疗的潜在靶标。
生物化学研究发现，在PLKl的激酶结构域和保罗盒结构域之间存在着一种
分子内抑制作用，它对于PLKl的激酶活性调节有着重要的意义。同时，在激酶
结构域上Thr210的磷酸化或者一段磷酸化小肽与PBD的结合都能解除这种抑制
作用。基于这种现象，有人提出了一种PLKl的调节机理假说，认为磷酸化小肽
与PBD的结合在KD-PBD的结合界面上诱导产生了某种未知的构象变化，从而导
致PLKl的分子内相互作用被破坏。为了探讨KD和PBD的动力学性质及其对分
子内的活性调节的影响，我们利用各种计算方法包括同源模建、蛋白质蛋白质
对接、分子动力学和构象主成分分析等，深入研究了PLKl的分子内调节机
artificial
理。
这部分内容在论文第二章进行了详细的描述。动力学模拟结果显示，KD和PBD
都分别拥有两种状态。在Thr210上的磷酸化使KD稳定在关闭的状态，而未磷
酸化的KD在激活槽区是打开的，而只有未磷酸化的KD能与PBD结合。PBD则在
两种不同的构象之间互相变换，这两种构象的主要区别在于PBl和PB2的相对
取向不同，分别对应于PBD的打开和关闭状态。同时，我们还观察到磷酸化小
肽与PBD的结合能够中断这种开合运动，使PBD的构象锁定在关闭状态。蛋白
关闭状态的PBD以一种相当有质一蛋白质对接结果揭示了打开状态的KD和
趣的
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VI 摘 要
结合口袋则被KD的一段螺旋QC所占据，形成一个所谓的“双向咬合”的结合
模式。这种结合模式较好地解释了PBD对KD的激酶活性抑制现象，以及磷酸化
基于我们的模拟结果和分析，我们提小肽如何破坏这种分子内的相互作用。
出
了一种原子水平上的KD―PBD之间的分子内调节机理。首先，KD的磷酸化状态决
gradient定了它有两种不同的构象，Thr210磷酸化时，KD的构象是关闭并且活性的;在
韩语你好的状态，分别对应关闭状态和打开状态。磷酸化小肽的结合能够将PBD稳定在
态的PBD结合，从而抑制激酶关闭的状态。第三，打开状态的KD与关闭状
的催
化活性和PBD的磷酸化小肽结合能力。该研究在原子水平上为揭示PLKl的分子
内调节机理提供了一些有意义的线索和结论。分子动力学模拟清晰地描述了KD
和PBD在各种不同条件下的动态特征。大量的实验现象验证了我们的KD-PBD结 ivy是什么意思
合模型，反过来肯定了我们模拟手段的正确性。该研究可能有助于指导新颖的
PLKl抑制剂的发现与设计。
近年来陆续有一些PLKl的激酶抑制剂被发现，这些抑制剂中的大多数对
PLKl的激酶活性显示出较强的抑制能力。但是，由于ATP结合口袋的高度保守性，
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这些抑制剂对PLKl的选择性普遍较差。寻找作用于其它位点的抑制剂应该可以
改善抑制剂的选择性。在论文的第三章，我们以PBD的晶体结构为基础，建立了
两个虚拟筛选模型，分别对SPECS和ACD两个化合物库进行搜索，以发现新
型的
PLKl抑制剂。后处理程序包括一致性打分，类药性评价，药物化学家的建议等
等，都被用来对候选化合物进行精简。最后对SPECS和ACD库分别购买了大约65
和32个化合物。生物活性测试表明有超过七个候选化合物可以与PBD结合，其
结合常数 ,6 均在uM级别。在这些候选化合物中，有一个化合物可以在细胞
colleague是什么意思
水平有效抑制小鼠白血病细胞P388的生长，其抑制的罐为3(33uM。这个结
果是十分令人振奋的，对于将来的抗白血病药物开发可能具有指导意义。
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摘 要
两会热点问题
V11
人类孕甾核受体是配体激活转录因子核受体家族成员之一，它是哺乳动
物
因表达的化合物所激活，并且它的激活与许多不利的药物一药物相互作用紧密相
关。为了研究PXR配体结合位点上对于激活至关重要的结构特征，我们利用PXR
的四个晶体结构，对30多个结构不同的PXR激动剂和拮抗剂进行了一系列
分子
ud to对接研究。研究结果在论文的第四章进行了详细讨论。基于这些对接结果，我
们确定了PXR结合口袋内对于激活比较关键的一些残基，讨论了这个口袋能够
容纳各种结构不同的小分子配体的原因。此外，对于类固醇类衍生物的激动剂，
自由能与生物活性之间的相关性，说明我我们在一定程度上获得了预测结合
们
波兰语发音的对接方法比较适合PXR体系，能够反映出它的结构与功能之间的关系。许多
突变实验证实了我们的模拟结果，因而将来有可能被用来建立一个药物一药物相
互作用的评价模型。
关键词:PLKl，分子动力学模拟，同源模建，蛋白质一蛋白质对接，主成分分
析，虚拟筛选，抑制剂，PXR，分子对接
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ABSTRACT
IX
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一――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――一
