论文部分内容阅读
在研究干扰素(IFN)如何快速诱导对应靶基因的表达时发现了JAK-STAT(Janus kinase/signal transducer)信号转导通路,它是一条应激反应通路,主要参加细胞的增殖、分化、迁移等重要的生物学过程。该通路对造血、免疫发育、乳腺发育、泌乳及脂肪生成等过程至关重要。对JAK/STAT通路的研究揭示了信号通路异常或延迟带来的生理和病理学后果,其经常导致炎性和致瘤性疾病等。因此,针对JAK/STAT信号通路的靶向治疗是当前研究的热点。目前针对该通路的治疗主要有两种途径:1.SOCS(Suppressors of cytokine signaling)蛋白作为JAK/STAT通路的负反馈调节因子,它可以发挥像抗体一样的作用与STAT(转录激活因子)分子的SH2结构域特异性结合。当JAKs被细胞因子激活后,SOCS蛋白可以直接结合到磷酸化的JAKs和受体从而使通路关闭,产生经典的反馈回路。2.JAKs激酶(包括JAK1、JAK2、TYK2和JAK3)是一类非常重要的药物靶点,针对这一靶点而研发的JAK抑制剂主要用于筛选血液系统疾病、肿瘤、类风湿性关节炎及银屑病等;然而针对这些抑制剂的研究,大部分是通过体外及动物实验实现,而有关这方面的理论研究很少,抑制机制尚不清晰。因此,本工作主要使用分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟的方法,从原子层面对这些抑制剂的抑制机制及传递机制进行理论研究。主要的研究成果如下:(1)SOCS蛋白作为JAK/STAT信号通路的负反馈调节因子,可以直接抑制JAK的活性。为了从原子层面获取更为详细的抑制机制,我们使用MM MD结合PCV(constant pulling velocity)的方法对JAK1-SOCS1复合态及六个突变体系的结合模式、结合自由能及蛋白解离机制进行研究。研究表明静电相互作用是蛋白-蛋白结合的主导驱动力,而它主要是由极性氨基酸的侧链提供;六个突变体系的结合自由能相对原生体系均有所降低,这主要来源于侧链相互作用的减小;此外,盐桥在JAK1和SOCS1的结合和解离过程也起着重要作用。该部分工作从热力学和动力学两个方面对JAK1和SOCS1之间的作用机制进行了详细的分析,可以为SOCS1蛋白的肽抑制剂设计提供理论指导。(2)PF-06651600作为JAK3强效抑制剂,对于?-c信号传导的抑制非常重要。在这里我们采用传统分子动力学模拟的方法对PF-06651600抑制作用及传递机制进行理论研究。计算结果显示JAK3与PF-06651600的结合能为-35.63 kcal/mol;其中Leu89、Leu91和Cys909对PF-06651600的结合起关键作用,同时两个有序水分子通过氢键而将底物稳定在活性位点处。此外,底物传递过程的研究发现PF-06651600能稳定在结合口袋主要受另外两个因素的影响:(i)由Glu903,Leu905和Cys909形成的氢键作用一直存在,因此PF-06651600与活性口袋结合较稳定;(ii)由于PF-06651600为共价抑制剂,易与Cys909发生反应形成共价键,因此,未发生反应的PF-06651600与Cys909之间极易形成较强的相互作用,导致其释放能垒不断升高,以致难以逃脱空腔。(3)我们利用3D-QSAR探讨了一系列吡唑甲酰胺类JAK1抑制剂的活性,并使用分子动力学模拟分析了四种活性不同的化合物与JAK1激酶受体之间的相互作用机制。研究发现28号分子与JAK1的结合最为紧密,且Leu881、Val889、Glu957、Phe958、Leu959、Gly962、Asn1008、Leu1010和Gly1020有利于JAK1-抑制剂复合物的结合;此外,能量分解计算显示范德华、静电相互作用和非极性相互作用能够促进JAK1与抑制剂分子的结合,其中范德华作用为复合物的稳定提供着主要的驱动力。综合四种不同的JAK1激酶受体蛋白和配体的结合模式分析,我们发现化合物活性的差异主要来自Leu881、Val889、Phe958和Leu1010等关键的疏水性氨基酸是否与配体结合,这对该类小分子抑制剂是否能够稳定在活性位点非常重要。