新煙堿類殺蟲劑與乙酰膽堿受體相互作用機(jī)制的分子模擬研究.pdf

1、新煙堿殺蟲劑是作用在乙酰膽堿受體（nAChRs）的殺蟲劑，其在農(nóng)業(yè)和動物殺蟲方面使用的非常廣泛。但是由于它們的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致了昆蟲對其耐藥性的出現(xiàn)。為了開發(fā)出新的更有效的殺蟲劑，探究新煙堿類殺蟲劑耐藥以及不耐藥發(fā)生的分子機(jī)理變得十分重要。其中靶標(biāo)位點(diǎn)的突變是產(chǎn)生耐藥的一個(gè)重要原因，但是耐藥性發(fā)生的具體機(jī)理尚不明確。針對這一問題，本論文采用多種分子模擬方法如分子對接、分子動力學(xué)模擬、MM/GBSA計(jì)算，PCA分析和RIN分析等闡明由于乙酰

2、膽堿受體關(guān)鍵氨基酸突變導(dǎo)致其對新煙堿類殺蟲劑耐藥性發(fā)生的分子機(jī)理。具體研究內(nèi)容包括以下三部分：
　　論文第一部分研究的是第一代乙酰膽堿受體激動劑Imidacloprid（IMI）由于靶標(biāo)的突變而引發(fā)耐藥性的分子機(jī)制。nAChRs的靶標(biāo)位點(diǎn)突變（Y151S和R81T）是引起昆蟲對IMI耐藥的重要原因。然而昆蟲的nAChRs結(jié)構(gòu)未知，在這里我們采用與其結(jié)構(gòu)相似的蝸牛的Ls-AChBP代替昆蟲的nAChRs的結(jié)構(gòu)研究耐藥性發(fā)生的分子機(jī)制

3、。通過序列比對發(fā)現(xiàn)，nAChRs中的殘基Y151和殘基R81在位置上分別對應(yīng)于Ls-AChBP中的殘基H145和殘基Q55。由于Ls-AChBP與IMI復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)已知，我們通過突變Ls-AChBP兩個(gè)相應(yīng)位置的氨基酸殘基得到IMI與兩個(gè)突變體（H145S和Q55T）復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，以研究乙酰膽堿受體對IMI耐藥性發(fā)生的分子機(jī)制。結(jié)合自由能計(jì)算的結(jié)果表明，兩個(gè)突變都降低了IMI和結(jié)合口袋之間的相互作用。從進(jìn)一步的殘基能量分解分析，我們

4、發(fā)現(xiàn)突變前后結(jié)合口袋殘基的能量貢獻(xiàn)發(fā)生了改變。此外，殘基相互作用網(wǎng)絡(luò)（RIN）分析結(jié)合PCA分析顯示兩個(gè)突變殘基通過改變與突變殘基直接和間接相互作用殘基的構(gòu)象而改變了IMI結(jié)合口袋的構(gòu)象和殘基柔性。Q55T突變體中M114與T55形成氫鍵相互作用造成M114的構(gòu)象改變，而H145S突變體中S145與Y192、T144的直接相互作用導(dǎo)致Y192和T144也隨之發(fā)生構(gòu)象變化。M114、Y192、T144這些結(jié)合口袋周圍的殘基構(gòu)象變化造成了I

5、M I與靶標(biāo)結(jié)合作用的減弱。這些結(jié)果很好地解釋了兩個(gè)突變體會對IM I產(chǎn)生耐藥性的原因，將有助于設(shè)計(jì)更有效的抑制劑。
　　論文的第二部分主要研究了當(dāng)昆蟲的乙酰膽堿受體發(fā)生R81T突變時(shí)，Sulfoxaflor和Dinotefuran對突變體具有不同親和力的原因。首先通過分子對接的方法將Sulfoxaflor和Dinotefuran對接到Ls-AChBP，得到其與Ls-AChBP復(fù)合物的結(jié)構(gòu)。結(jié)合口袋溶劑可極化表面積的計(jì)算發(fā)現(xiàn)Sul

6、foxaflor與Ls-AChBP結(jié)合的體系結(jié)合口袋的體積變小，而使得配體與受體之間的結(jié)合更緊密。因此雖然Sulfoxaflor與直接突變殘基作用減弱，但它與結(jié)合口袋依然保持較強(qiáng)的結(jié)合能力。而Dinotefuran的耐藥性是由于結(jié)合口袋殘基柔性和構(gòu)象發(fā)生了較大的改變，結(jié)合口袋變得松散導(dǎo)致W143、T144、Y185、A103、L112的能量貢獻(xiàn)減小。
　　論文的第三部分根據(jù)第二部分得到的Sulfoxaflor不耐藥的結(jié)論，通過對S

7、ulfoxaflor進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造以期得到不耐藥且活性更好的候選小分子。首先是通過薛定諤軟件對Sulfoxaflor進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，然后再運(yùn)用類藥性五規(guī)則、分子對接等技術(shù)對設(shè)計(jì)的小分子進(jìn)行評價(jià)，并分別計(jì)算了篩選出來的小分子與結(jié)合受體的結(jié)合自由能。最后篩選出43個(gè)具有合適的類藥性同時(shí)和野生型以及Q55T突變的Ls-AChBP都具有較強(qiáng)結(jié)合能力的小分子。
　　本論文從分子水平上解釋了乙酰膽堿受體發(fā)生突變的昆蟲對新煙堿類殺蟲劑Imidacl