药物分子的作用靶点通常为蛋白质,与靶标的识别和动态结合是药物小分子发挥其药理作用的主要途径,因此针对药物-蛋白相互作用机理的研究,在药物设计过程中,发挥着关键的作用。但是蛋白质和药物的构象往往灵活多变,而这种变化性对药物的结合亲和力影响巨大。因此,对蛋白-药物的结构和作用机制的充分评估是十分必要的,而通常的实验手段无法对蛋白构象进行充分采样,分子动力学模拟作为一种强大的模拟计算方法,可以研究蛋白和药物小分子的构象变化和动态机理,在药物设计中得到了广泛的应用。目前上市的药物中小分子药物占比较大,而在小分子药物设计中,药物-靶标的作用机理的模拟评估是极其重要的。这里我们选取HSP90的N末端结构域和Sirtuin 6两个蛋白体系以及它们对应的小分子药物开展了研究。N-HSP90被认为是治疗癌症相关疾病的重要靶点。当与不同的抑制剂结合时,它表现出不同的结合亲和力,并在α-螺旋3区域显示环状或螺旋构象。然而,在apo-N-HSP90的晶体结构中未观察到螺旋构象,且这种螺旋-环之间的构象转变与配体结合之间的动力学机制尚不清楚。本文以两个间二苯酚类化合物结合的复合物结构为研究对象,结合分子动力学和拉伸分子动力学方法探索了抑制剂解离与蛋白构象变化的分子机理,包括抑制剂结合对蛋白构象的影响,抑制剂解离与蛋白构象变化之间的关系。结果表明,6FJ抑制剂侧链四氢呋喃基团的引入增加了与N106、F138等关键残基的相互作用,从而导致了其更高的结合亲和力。而在抑制剂解离过程中,6FJ与N106、F138残基之间相互作用的破坏会导致α-螺旋3区域的螺旋-环的转变。该结论对于药物设计具有重要的参考意义,如在侧链中引入类似四氢呋喃的带负电基团能够增加药物的结合亲和力。SIRT6属于SIRT脱乙酰酶家族成员,能够对组蛋白进行脱乙酰作用。SIRT6也被称为“多面”蛋白,参与许多重要的生化过程,是治疗癌症等疾病的潜在靶标。然而天然状态下SIRT6的脱乙酰酶活性很低,关于SIRT6的激动剂的研究进展有限,且对于激动剂的激活机理仍不清楚。本文结合分子动力学、随机加速动力学和伞形取样的方法研究了SIRT6激动剂CL5D的激活机理,包括信号传递通路,蛋白运动模式和产物解离等,结果表明激动剂CL5D的结合不仅能够稳定蛋白的构象,还可以降低产物的解离能垒。此外,我们还对比研究了激动剂MDL-801,结果表明MDL-801主要作用是稳定蛋白构象,对产物解离能垒无明显降低作用,这说明SIRT6的激动剂存在着多种激活机制。该研究结果帮助人们从动态和原子层面上理解SIRT6激动剂的激活机理。总之,本研究结合了生物信息学和化学信息学的知识,借助分子动力学模拟和增强采样等方法,以N-HSP90和SIRT6这两个蛋白为研究对象,深入研究了药物与蛋白的作用机理,从原子和动力学的角度对这种相互作用进行了详细描述。本文的研究结果可以为药物设计提供重要的参考。