人体肝脏果糖-1,6-二磷酸酶活性中心与活性分子相互作用的机理及其调控研究

Fructose-1, 6-bisphosphatase (FBPase), a rate-limiting enzyme involved in the pathway of gluconeogenesis, can catalyze the hydrolysis of fructose-1,6-bisphosphate to fructose-6-phosphate. As the second-to-last enzyme in gluconeogenesis, FBPase controls the incorporation of all three-carbon substrates into glucose. Inhibition of FBPase appears an effective means of reducing endogenous glucose production from glycerol and reduces risk of hypoglycemia and other mechanistic toxicities. Therefore, human liver FBPase as a potential drug targets for the treatment of type II diabetes is attracting more and more attention. Integrating use of molecular simulation and synthesis, gene and enzyme engineering, spectral analysis and characterization techniques, this project intends to do a systematic study on human liver FBPase to clarify the molecular mechanism of interaction between the enzyme and substrate or the probe molecule (lead inhibitors) and comprehend the regulation law between the enzyme activity and the substrate binding sites or AMP allosteric sites structure at the atomic level. On the basis of the structure and the molecular mechanism, we plan to rationally design, screen, optimize and get novel efficient inhibitors, that that binds to the substrate site of human liver FBPase, through the theory combined with practice. The research is expected to provide new ideas and some preliminary research for Type II diabetes drug formulation in our county.

人体肝脏FBPase 是位于糖异生途径中的一个关键调控酶，抑制FBPase 没有抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶时可能出现的不良反应，也没有抑制葡萄糖-6-磷酸酶时可能增加低血糖的风险。因此，FBPase 作为治疗II 型糖尿病非常有潜力的药物作用靶点而日益受到研究者的关注。本项目拟综合运用分子模拟与设计、化合物合成、基因与酶工程、光谱分析与表征等技术，在分子、原子的层次上阐明人体肝脏FBPase 活性中心与底物、活性探针分子之间相互作用的分子机理。在此基础上进行基于该酶结构和作用机理的活性调控分子计算辅助设计，理论与实验研究相结合，筛选、改造优化得到能够高效作用于FBPase 活性中心的新型抑制剂先导化合物。研究成果可望为我国以FBPase 为靶点的II型糖尿病药物的创制工作提供新的思路和一定的前期研发基础。

人体肝脏FBPase(Hu-FBPase)是糖异生途径中的一个关键调控酶，抑制Hu-FBPase没有抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶时可能出现的不良反应，也没有抑制葡萄糖-6-磷酸酶时可能增加低血糖的风险。因此，Hu-FBPase作为治疗II型糖尿病非常有潜力的药物作用靶点而日益受到研究者的关注。通过本项目的研究，我们成功优化了Hu-FBPase的表达纯化测活体系(纯度大于95%)，并首次解析了包含底物FBP和Mg2+的复合物晶体结构。基于不同精度势能面的“窜跃”搜索策略，初步尝试构建了酶-配体结合构象的精确计算预测方法-DOX 1.0版，这一方法被应用到Hu-FBPase与配体相互作用机制的研究中。根据配与配体相互作用信息，我们发现了Hu-FBPase的多类新型抑制剂-包括具有共价结合类型的硝基乙烯类Hu-FBPase抑制剂。上述研究成果为我国以FBPase 为靶点的II型糖尿病药物的创制工作提供新的思路和一定的前期研发基础。