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HDAC家族蛋白抑制剂多策略虚拟筛选

HDAC家族蛋白抑制剂多策略虚拟筛选

  组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDAC)是一类蛋白酶,对染色体的结构修饰和基因表达调控发挥着重要的作用。组蛋白去乙酰化酶抑制剂(histone deacetylase inhibitors,HDACi)通过增加细胞内组蛋白的乙酰化程度,提高 p21?#28982;?#22240;的表达水平等途径,抑制肿瘤细胞的增?#24120;?#35825;导细胞分化和(或)凋亡。组蛋白去乙酰化酶抑制剂已成为肿瘤靶向治疗的研究新热点,其对肿瘤细胞迁移、侵袭、转移的抑制作用和抗肿瘤血管生成作用也被证实。

  为快速研发组蛋白去乙酰化酶抑制剂,我们采用基于配体和基于受体的多种发现策略对我们选用包含约20万个小分子化合物的大型商业数据库SPECS进行虚拟筛选(图 1)。直接采用分子对接虚拟筛选的计算成本将很高,因而,我们改用逐层筛选策略,即先通过简单高效的分子性质过滤和相似度搜索方法获得第一轮筛选结果,然后采用相对复杂和耗时的分子对接方法进行第二轮筛选,最后根据分子结构进行聚类,挑选合?#23454;?#22810;样性子集。

图 1 HDAC抑制剂虚拟筛选流程图。

????首先,我们从Binding Database数据库上收集HDAC1~4的抑制剂,根据一定规则筛选得到2350个HDACi,然后计算化合物的分子性质,按照其分布情况(图 2),对SPECS化合物库进行过滤,得到约16万个化合物。

图 2 HDACi的分子性质分布图。

????接着,我们计算过滤后的SPECS化合物库与HDAC抑制剂之间的分子结构相似性,保留相似度大于0.7的化合物,得到2万多个化合物。

  为选择合?#23454;?#20998;子对接体系和方法,我们对个体系进行了系统适用?#32422;?#39564;和效能检验。我们从RCSB Protein Data Bank上获得HDAC1~4的晶体结构共9个,并进行了合理的处理,然后进行重对接系统适用?#32422;?#39564;,评价结果如下(表 1):

表 1 系统适用?#32422;?#39564;(重对接)结果。

靶标 PDB编码 打分最佳的化合物的RMSD(?) 评价结果
HDAC1 4BKX 0.8764 合格
HDAC2 3MAX 0.4304 合格
4LXZ 2.1270 不合格
4LY1 1.4156 合格
HDAC3 4A69 0.9581 合格
HDAC4 2VQJ 4.5031 合格
2VQM 9.0777 不合格
2VQO 3.4589 合格
2VQQ 4.6930 合格
4CBY 2.7502 不合格

 
  接着,我们从已知的HDAC抑制剂中分别挑选了10个多样性良好的化合物作为query化合物集,并构建了decoy化合物集,根据分子对接的打分绘制各体系的ROC曲线(图 3)。根据分析,我们分别挑选了4个体系进行实际筛选。

图 3 分子对接方法的效能检验ROC曲线。

  根据效能检验的临界点和Zn2+配体关键药效团,我们对分子对接筛选结果进行过滤,分别得到159、6、151和215个,其中有部分化合物是潜在的双靶标抑制剂。

  经合并、去重和聚类,最后得到36个多样性子集用于生物活?#22278;?#35797;。


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