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    Nature | 從1.5億分子庫中虛擬篩選發現調節晝夜節律的褪黑素受體激動劑

    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。

    Nature | 從1.5億分子庫中虛擬篩選發現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。

    Nature | 從1.5億分子庫中虛擬篩選發現調節晝夜節律的褪黑素受體激動劑

    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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    Nature | 從1.5億分子庫中虛擬篩選發現調節晝夜節律的褪黑素受體激動劑

    圖2.MT1對接復合物的結合模式示意圖

    圖片來源Nature

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    Nature | 從1.5億分子庫中虛擬篩選發現調節晝夜節律的褪黑素受體激動劑

    圖3.?15個活性小分子的化學結構

    圖片來源Nature

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    Nature | 從1.5億分子庫中虛擬篩選發現調節晝夜節律的褪黑素受體激動劑

    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

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