蛋白质激酶是人体内最大的一类蛋白家族。蛋白酪氨酸激酶通过催化多种底物蛋白质的酪氨酸残基磷酸化来调节细胞中的绝大多数信号传递通路,从而在细胞生长、新陈代谢、分化和凋亡等生理过程中发挥非常重要的作用。蛋白酪氨酸激酶已经成为很多癌症的靶点。间变性淋巴瘤激酶(ALK)是一种受体型酪氨酸激酶,属于胰岛素受体超家族。它的异常表达如基因突变、重排及扩增与多种人类恶性肿瘤密切相关,如间变性淋巴瘤,非小细胞肺癌,神经母细胞瘤,炎性肌纤维母细胞瘤等。间变性淋巴瘤激酶可以诱导活化一系列下游细胞信号通路来实现调控肿瘤细胞的生长、分化和迁移。以ALK为靶点的靶向疗法已经在多种肿瘤的临床治疗中取得了非常好的效果,但耐药性问题的不断涌现使ALK的靶向治疗药物在肿瘤治疗的应用上受到了限制。因此,探究ALK耐药性产生的原因、明确ALK异常活化的机制对肿瘤的靶向治疗有着非常重要的意义。本文利用多种分子动力学模拟方法,对几种临床发现的ALK基因突变引发的抑制剂耐药机制进行了深入系统的研究,同时本文还深入的讨论了ALK基因突变以及ATP诱导的ALK变构与激酶活化的关系。论文的主要内容如下:1.ALK基因突变诱导的阿列替尼耐药机制的分子动力学研究阿列替尼是一种针对间变性淋巴瘤激酶的新型小分子靶向抑制剂,其具有高度选择性并且在ALK阳性的非小细胞肺癌(non-small cell lung carcinomas,NSCLC)患者中表现出良好的抗肿瘤活性。然而阿列替尼的治疗效果依然不可避免的受到了能够引发获得性耐药的基因突变的影响。尽管现在已经有大量耐药性基因突变相关的实验数据,但基因突变引起的对阿列替尼的结合亲和力下降的具体分子机制仍然不尽明确。本文采用分子动力学模拟与MM-GBSA计算方法,研究了I1171N、V1180L与L1198F基因突变引起的阿列替尼耐药性机制。分子动力学模拟结果表明,三种研究的ALK基因突变可以引起阿列替尼的错位以及ATP结合位点构象的变化,从而导致阿列替尼与突变体之间相互作用发生变化。阿列替尼在突变体结合作用力损失的主要区域是配体结合入口区域和铰链区。本研究同时提出了阿列替尼9位乙基与ALK铰链区识别腔之间的“锁钥机制”,阐明了耐药性产生的主要分子机制,为ALK基因突变对阿列替尼的结合影响提供了分子层面上的详细阐述,为设计避免获得性耐药的新型ALK抑制剂提供了理论线索。2.ALK基因突变导致色瑞替尼耐药机制的分子动力学研究色瑞替尼是一种具有高特异性的ALK二代抑制剂,在对ALK基因相关癌症的治疗中表现出优秀的抗肿瘤效用。然而,针对色瑞替尼出现的ALK耐药性基因突变大大限制了它在肿瘤治疗中的应用。目前的临床数据尚未明确色瑞替尼的耐药性分子机制。我们利用分子动力学模拟的方法来深入地研究了G1123S突变和F1174C突变引起色瑞替尼耐药性的潜在分子机制。分子动力学模拟的实验结果显示,G1123S突变和F1174C突变会导致ATP结合口袋的构象发生改变。导致对色瑞替尼结合作用减弱的主要结构性因素是基因突变引起的P-loop构象变化。此外,我们发现了一个连通P-loop和αC-螺旋的重要疏水团簇,该疏水团簇在保持ATP结合口袋的构象稳定性上起着重要作用。此项工作在原子水平上阐述了G1123S突变和F1174C突变对色瑞替尼产生耐药的结构因素,为今后合理设计新型ALK抑制剂提供可靠的理论依据。3.神经母细胞瘤致病突变和ATP结合诱导的ALK活化构象转变的理论研究间变性淋巴瘤激酶活性的失调与肿瘤的发展密切相关。与其他受体酪氨酸激酶的活化机制相似,ALK的激活涉及几个重要结构基序的构象转化。但休眠状态ALK的X射线衍射晶体结构表明在其激酶活化过程中可能存在特殊的构象转变情况。我们选择神经母细胞瘤中发现的两个ALK基因突变型(R1275Q和Y1278S)以及ATP结合的ALK复合物作为研究对象,利用加速分子动力学模拟的方法对基因突变和ATP结合的变构作用与ALK活化的关系进行了深入的理论研究。计算结果表明,野生型ALK在无外界条件诱导下一般会处于休眠的状态,而R1275Q、Y1278S基因突变和ATP的结合都促进了ALK激酶结构域向活性样构象的明显转变。其中,R1275Q突变会通过加强αC-螺旋的“in”构象来稳定ALK的活性构象;Y1278S突变会破坏野生型中稳定休眠构象的π-堆积疏水团簇,从而有利于ALK由休眠状态向活性状态的转化;同时我们发现ATP的结合会诱导ALK形成更为紧凑的活性位点,从而有利于ALK的活化。此项工作明确了ALK在不同活化状态下的多种构象,为深入了解ALK的构象活化机制以及基于结构的药物设计提供了理论支撑。