一种靶向作用于蛋白激酶非活性构象的化合物筛选方法

摘要

本发明属于蛋白质结构预测和药物分子虚拟筛选技术领域，具体为一种靶向作用于蛋白激酶非活性构象的化合物筛选方法。本发明包括蛋白激酶活性链段构象预测方法，从激酶的DFG-in活性构象来产生相应的DFG-out非活性构象；还包含II型抑制剂对接后结合构象的挑选方法，用于构象预测和虚拟筛选中小分子的挑选。本发明已经在7种已知非活性构象的蛋白激酶上进行了计算验证，成功率接近96%。本发明方法已用于预测结核杆菌的PknB蛋白激酶的非活性构象，并虚拟筛选了PknB可能的II型抑制剂，经抑菌实验验证，已发现2种小分子已证明具有抑菌作用。

主权项

一种预测蛋白激酶非活性构象的计算模拟方法，其特征在于具体步骤为：第一步，构建初始结构模型从PDB数据库中下载既有DFG‑in又有DFG‑out构象的蛋白激酶PDB文件；对所得的PDB文件进行预处理，去除其中的水分子；如果预处理后所得物是多聚体则取其中的一个单体，如果预处理后所得物的晶体结构中含有磷酸基团，用MODELLER同源模建程序将其突变为原始残基，对于缺少残基的蛋白激酶也同样采用MODELLER程序以自身为模板进行补齐；然后将所得的PDB文件用Rosetta软件的relax功能进行优化得到初步的起始结构模型；第二步，蛋白激酶的活性链段重塑采用Rosetta 3软件的“loop_relax”功能来进行蛋白激酶的活性链段重塑，按Rosetta 3的loopmodeling功能，设定目标蛋白质的若干片断为对象，对其进行重新的结构预测，运用模拟退火等算法寻找目标片断的最低能量构象；其中，首先从蛋白激酶的FASTA序列得到其fragments文件，然后设定需要重塑的链段在蛋白质中的位置，其中设定的链段对象具体是以DFG基序之前第二个残基为起始，蛋白激酶活性链段的C末端为结尾的；以这段序列中位于中点附近最亲水的残基为剪切断点；最后设定文件所在的路径以及默认的参数，然后递交计算机进行计算；在活性链段重塑之后，对结果的侧链进行全原子优化，获得最终的全原子最低能量构象；第三步，将预测构象按几何分类方法，进行DFG‑in和DFG‑out分类对于重塑后获得的模型，按DFG‑in、DFG‑out和过渡构象进行分类；如果模型的Asp和Phe残基和相应的DFG‑in结构中的这2个残基都位于同侧，那么就把它归为DFG‑in构象的；如果情况正好相反，那么就把它归为DFG‑out构象的；其它所有的模型都归为过渡构象；其中，4个残基的位置通过构建向量的方法来进行判别，具体步骤如下：取出模型和初始DFG‑in结构中各4个点的坐标，即Asp的C_γ原子、Asp的C_α原子、Phe382的C_α原子和Phe382的C_γ原子，分别标为R1、R2、R3、R4和R1'、R2'、R3'、R4'，得到8个向量：r₂₁=R1‑R2；r₂₃=R3‑R2；r₃₂=R2‑R3；r₃₄=R4‑R3；r₂₁'=R1'‑R2'；r₂₃'=R3'‑R2'；r₃₂'=R2'‑R3'；r₃₄'=R4'‑R3'；将上述8个向量叉乘后得到4个向量：p₁=r₂₁×r₂₃    p₂=r₃₄×r₃₂    p₁'=r₂₁'×r₂₃'     p₂'=r₃₄'×r₃₂'最终，将所有模型和已有的DFG‑out构象叠加，并取出上述8个点，计算各个向量，并规定：若p₁•p₁'< 0且p₂•p₂' < 0，那么就认为模型是一个DFG‑out构象；若p₁•p₁' > 0且p₂•p₂' > 0，那么就认为模型是一个DFG‑in构象；其它的就认为是过渡构象；第四步，DFG‑out模型的选择使用Putative Active Sites with Spheres蛋白质活性位点预测程序来探测活性位点附近可能的结合位点，以进一步分析已知DFG‑out结构中活性位点的疏水腔，蛋白质活性位点预测程序的结果显示在DFG‑out结构的活性位点存在有3个结合口袋，这三个结合口袋中心被分别记为B₁、B₂和B₃，这三个口袋被Seeliger et al. 分别定义为疏水区I、腺嘌呤口袋以及异构位点；使用LIGSITE程序来计算口袋中相距1 Å的格点数，将格点数转化为1 g∙ml^‑1密度的水分子个数，即将活性口袋中的格点放入一个足够大的水盒子中，并且认为任何离格点最近距离大于1.6 Å的水分子是未被占据的；按活性腔中能包含大于20个水分子为标准来选择DFG‑out模型，构成可用于分子对接的非活性构象系综。