HIV-1蛋白酶與抑制劑的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、人免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus；HIV)是引起全球艾滋病(acquired immune deficiency syndrome；AIDS)流行的病原，AIDS 已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)之一。HIV-1蛋白酶((Protease，PR)作為天冬氨酸蛋白酶家族的一員，是抗AIDS 藥物開發(fā)中最重要的酶之一。PR 可以將AIDS 復(fù)制過程中產(chǎn)生的非功能性的產(chǎn)物裂解成結(jié)構(gòu)蛋白(gag)和功能蛋白(p

2、ol)，這些蛋白在具有感染性的病毒成熟過程中起到至關(guān)重要的作用。因此，抑制HIV-1 PR的催化活性就能阻止產(chǎn)物加工成為具有感染性的成熟蛋白，從而阻止進(jìn)一步的病毒感染。
　　 而抑制劑與PR 結(jié)合后可導(dǎo)致蛋白酶的失活，最終阻止宿主細(xì)胞的感染。二聚體HIV-1蛋白酶已經(jīng)成為抗HIV-1 病毒藥物設(shè)計(jì)的最重要靶點(diǎn)之一。因此，深入研究HIV-1蛋白酶和抑制劑之間的相互作用以及由突變導(dǎo)致的藥物抗性是非常重要的。
　　 由于用實(shí)驗(yàn)

3、的方法去衡量不同蛋白酶和抑制劑之間的結(jié)合親和力是不方便的，而分子動(dòng)力學(xué)模擬用計(jì)算機(jī)技術(shù)為研究生物或者化學(xué)體系的結(jié)構(gòu)和功能特征提供了強(qiáng)有力的支持，尤其是對(duì)于復(fù)雜的生物體系。分子動(dòng)力學(xué)模擬方法也可以用來研究HIV-1蛋白酶-抑制劑復(fù)合物的藥物抗性機(jī)理。
　　 首先，我們對(duì)HIV-1蛋白酶與TMC-126 體系進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)（MoleculeDynamics，MD）模擬，并運(yùn)用能量分解（Binding Free Energy Dec

4、omposition，BFED）和計(jì)算丙氨酸掃描（Computational Alanine Scanning，CAS）兩種方法考察了不同殘基對(duì)HIV-1蛋白酶與TMC-126之間結(jié)合親和力的貢獻(xiàn)。HIV-1蛋白酶和藥物小分子抑制劑的作用機(jī)理考察了HIV-1蛋白酶之間的相互作用能。
　　 計(jì)算結(jié)果表明，HIV-1蛋白酶的封蓋區(qū)域（殘基38-58）和活性區(qū)域（殘基23-32）
　　 對(duì)蛋白酶和抑制劑的結(jié)合有至關(guān)重要的作用。

5、我們還重點(diǎn)討論了重要?dú)埢木唧w作用機(jī)理。另外，我們對(duì)于計(jì)算丙氨酸掃描和結(jié)合自由能分解方法得到的結(jié)果進(jìn)行了回歸分析，相關(guān)系數(shù)為0.94，這說明了同是基于GB模型的這兩種方法所獲得的結(jié)果有較好的一致性。最后，我們的計(jì)算結(jié)果顯示對(duì)結(jié)合自由能分解比計(jì)算丙氨酸掃描方法更快捷，而且結(jié)合自由能分解方法還可以將每個(gè)殘基的貢獻(xiàn)分解成骨架和側(cè)鏈貢獻(xiàn)。這項(xiàng)研究能夠?qū)ρ芯康鞍酌概c抑制劑之間的作用機(jī)理以及理論計(jì)算中方法的選擇提供一定的指導(dǎo)作用。
　　 另

6、外，鑒于藥物抗性突變型的迅速出現(xiàn)，設(shè)計(jì)的藥物抑制劑臨床效果往往比較短效，所以急需開發(fā)更長(zhǎng)效，副作用更小以及有廣譜活性的抗病毒藥物。
　　 為了更好的設(shè)計(jì)藥物，有必要去深入研究突變型蛋白酶和抑制劑之間的抗性作用機(jī)理。
　　 因此，在接下來的研究工作中，分子動(dòng)力學(xué)模擬方法以及MM-PBSA 方法研究了HIV-1蛋白酶與地瑞那韋（Darunavir，DRV）結(jié)合中位于保守三序列G86-R87-D/N88中的G86 殘基的作用。

7、在我們的工作中，通過分子動(dòng)力學(xué)模擬和MM-PBSA方法計(jì)算了TMC-114 與野生型和變異型蛋白酶的結(jié)合自由能來研究蛋白酶-抑制劑之間的結(jié)合機(jī)理和藥物抗性，DRV 與變異型蛋白酶G86A和G86S之間的結(jié)合親和力比其與野生型蛋白酶的結(jié)合親和力弱，G86A和G86S突變型與抑制劑結(jié)合的抗性主要分別來源于靜電作用和熵變。通過對(duì)野生型和突變型體系結(jié)合自由能的能量分解結(jié)果的分析，突變主要影響了三個(gè)區(qū)域殘基的貢獻(xiàn)，分別是活性位點(diǎn)區(qū)域（殘基23-3