引言
褪黑激素受體（G蛋白偶聯受體MT1和MT2）與人體晝夜節律的生理功能相關，可作為睡眠障礙和抑郁患者的藥物靶點，作者基于MT1晶體結構，從1.5億分子庫中虛擬篩選，發現了調節晝夜節律的褪黑素受體激動劑。
先睹為快
蛋白靶點
褪黑激素受體（人源G蛋白偶聯受體MT1）
篩選化合物庫
ZINC數據庫中1.5億‘lead-like’化合物(http://zinc15.docking.org)
計算方法??
分子對接（Molecular docking）
計算軟件
DOCK3.7 (http://dock.compbio.ucsf.edu/DOCK3.7/).
計算流程??
基于MT1晶體結構，通過DOCK3.7軟件對接1.5億個虛擬分子，優先考慮結構匹配和化學結構新穎性，合成并測試了38個排序靠前的分子，發現15個活性分子(470pM~6μM)，但是這些化合物對MT1選擇性不強，進一步通過結構類似物的合成改造，發現選擇性激動劑, 小鼠體內實驗證實了化合物調節晝夜節律的作用。
褪黑激素受體（G蛋白偶聯受體MT1和MT2）與人體晝夜節律的生理功能相關，這兩種受體可作為睡眠障礙和抑郁患者的藥物靶點，但目前MT1選擇性配體的報道寥寥無幾，這大大阻礙了對晝夜節律生物學的理解和靶向治療的發展。
作者收集了ZINC庫中超過1.5億個“lead-like”分子（http://zinc15.docking），其特征是具有良好的物理性質，例如，脂水分配系數-水分配系數cLopP≤3.5，分子質量≤350Da，然后使用DOCK3.7對接到MT1的活性位點。DOCK3.7（圖1）在MT1正構位點中以平均160多萬個結合模式（取向×構象）對每個庫分子進行取樣，整個庫產生超過72萬億個復合物，并對每個結合模式與受體位點的物理互補性進行評分。
為了尋求結構多樣性，通過拓撲相似性對排名前30萬的分子進行聚類，得到65323個簇，并消除與ChEMBL23中已知的MT1和MT2配體相似的簇。對前10000個團簇中得分最高的分子進行了檢測，以確定其是否與識別MT1晶體結構中配體的關鍵殘基結合，是否有新的極性相互作用，包括Q181、N162、T1782和N255，以及與A158、G104和F179的主鏈原子的氫鍵（圖2）。
在最佳評分組內，對所有成員進行檢查，并對最符合這些標準的成員進行優先排序。最終選擇40個分子進行從頭合成和測試，這些分子的排名處于16到246721（0.00001%~0.1%）。在成功合成的38個分子中（95%的完成率），有15個化合物(圖3)對人類MT1和MT2受體中或兩者都有活性，命中率為39%（以活性化合物的數量/物理測試化合物的數量計算）。
但是這些活性化合物主要體現在MT2，因此需要進一步對化合物進行優化，合成了131個類似物，其中94個化合物有活性。其中兩個具有新穎拓撲結構選擇性的MT1可逆激動劑UCSF7447和UCSF3384。在黃昏給予這些MT1選擇性反向激動劑時，小鼠晝夜節律時鐘提前了1.3-1.5小時，這種激動劑樣作用在MT1敲除老鼠中被消除，但在MT2基因敲除的小鼠中沒有。這項研究闡明了MT1選擇性配體可以調節褪黑激素受體生物學功能。
圖1.從大型分子庫對接發現新型褪黑激素受體配體
圖片來源Nature
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圖2.MT1對接復合物的結合模式示意圖
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圖3.?15個活性小分子的化學結構
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圖4. MT1選擇性可逆激動劑和MT2選擇性激動劑藥代動力學
圖片來源Nature
參考文獻
Stein, R.M., Kang, H.J., McCorvy, J.D.?et al.?Virtual discovery of melatonin receptor ligands to modulate circadian rhythms.?Nature?(2020).?DOI: 10.1038/s41586-020-2027-0