基于数字化氨基酸序列研究无晶体结构的酪氨酸激酶抑制剂作用的活性位点

蛋白酪氨酸激酶（PTKs）抑制剂的设计根据蛋白质三维晶体结构来进行，但是绝大多数酪氨酸激酶没有晶体结构，因此不能进行基于结构的药物设计。我们用小波能量谱等方法对多种酪氨酸激酶的一级序列进行特征识别时，发现了关键的活性区域。本项目拟从 PTKs的氨基酸序列为信息的源头，用氨基酸的特征参数对一级序列进行数字化转化；并用希尔伯特黄变换，傅立叶变换和小波变换等多种信号处理方法对PTKs数字化序列进行特征提取；然后结合支持向量机手段，识别无晶体结构的酪氨酸激酶的活性位点以及对空间构象有重要意义的氨基酸残基；再对识别的活性位点多肽链进行分子模拟，研究其空间构象及其与激酶抑制剂的相互作用，进一步采用生化和酶学实验方法对发现的活性位点与抑制剂的相互作用进行验证。本研究为加快发现无晶体结构的酪氨酸激酶新的活性位点提供了理论和实验的依据。

以现有酪氨酸激酶抑制剂及复合物的晶体结构为出发点，分别研究了酪氨酸家族的活性位点在序列、结构和构象等三个方面的异同，分析了对活性具有重要贡献的氨基酸残基的构成、构象以及在序列中的差异，确定了影响活性和选择性的重要因素。取得以下研究成果：（1）研究了对VEGFR2和tie-2具有双重抑制作用的吲哚咔唑类化合物与受体相互作用的差异，并建立了3D-QSAR模型，确定了与选择性相关的氨基酸残基与相互作用，结果表明：抑制活性的差异主要源于活性口袋的细微差异所导致疏水、静电等相互作用的不同。其中，疏水作用的差异是影响配体选择性的主要原因，静电作用、氢键及空间位阻对结合稳定也有一定影响。（2）定量分析了U-shape的c-met抑制剂与受体各种作用力的大小，提出了U-shape类c-met抑制剂的设计方案，并据此设计了80多个结构新颖的化合物，根据模拟结果挑选36个化合物进行合成及药理活性测试，表明它们是有前途的c-met激酶抑制剂。（3）探索了对c-met和alk均有抑制作用的crizotinib与受体相互作用的诱导契合过程，经与高选择性的alk抑制剂CH5424802与受体相互作用的对比，确定了与选择性相关的相互作用和氨基酸残基。结果表明：与c-met的选择性有关的是与Tyr1230形成的pi-pi堆积作用，与alk选择性相关的则是疏水作用。这些研究结果对于高选择性的酪氨酸激酶抑制剂的设计具有重要意义。 . 根据影响相互作用的因素，建立了基于小波包能量谱的蛋白质活性位点识别方法和基于HHT能量谱的蛋白质活性位点识别方法，通过分析数字化的蛋白质序列，根据不同频率下对应的小波包或者HHT能量值的大小识别酪氨酸激酶的活性区域。尽管未能准确的识别到具体的氨基酸残基，但是可根据本方法提示的活性位点区域可进行同源模建，或者进行全新的结构片段预测，大大提高了预测三维结构的准确性，为无晶体结构的酪氨酸激酶活性位点的识别提供了新思路。.