关键词:
SARS-CoV-2
Mpro蛋白
药效团模型
分子对接
晶体叠合
摘要:
一种由SARS-CoV-2引起的COVID-19自2019年爆发以来受到了极大的关注。目前已有一些潜在的药物用于治疗由SARS-CoV-2引起的感染,比如Paxlovid、瑞德西韦等。此新冠病毒是属于Bβ冠状病毒谱系,病毒RNA基因组有10个开放阅读框,编码四种结构蛋白。在病毒的生命周期中,主蛋白酶M对于处理从病毒RNA翻译而来的多聚蛋白是必不可少的,抑制这种酶的活性会阻止病毒复制。因此,主蛋白酶M在介导病毒基因复制和转录的过程中起关键作用。并且,由于SARS-CoV-2主蛋白酶M在人类中缺乏密切相关的同源物,使M成为抗病毒药物研究的一个有吸引力的靶点。方法:本课题以SARS-CoV-2 M为研究靶点,采用计算机辅助药物设计的方法,通过药效团模型虚拟筛选,分子对接以及分子叠合验证,筛选天然化合物库中潜在的SARS-CoV-2 M抑制剂作为先导化合物,并基于荧光共振能量转移法(FRET)评价化合物活性。内容:首先,采用类药性规则对天然化合物库进行初筛;通过文献收集一系列具有SARS-CoV-2 M抑制活性的化合物,采用Discovery Studio(DS)软件中的Hypo Gen算法构建能够定量预测化合物活性的药效团模型,基于相关参数选择最优的药效团模型,并使用训练集、测试集、GC-376的分子叠合结果以及Fisher’s随机验证等对最优的药效团模型进行合理性评估,最终确定药效团模型Hypo1为最优的药效团模型,采用Hypo1对天然化合物库进行虚拟筛选。然后,使用分子对接进行验证,将SARS-CoV-2 M与GC-376复合物的晶体结构(PDB code:7D1M)作为靶点,采用DS软件中的CDOCKE进行分子对接,对化合物与7D1M活性位点的结合模式进行分析。将化合物与Hypo1的叠合构象与分子对接构象以及SARS-CoV-2 M抑制剂GC-376已知晶体活性构象进行分子叠合,筛选潜在的SARS-CoV-2主蛋白酶M抑制剂并进行酶水平的活性评价。将活性较好的化合物的分子对接结果与原配体GC-376的作用模式进行比较。结果:基于药效团模型、分子对接技术以及分子叠合结果,筛选获得7个先导化合物。活性评价结果显示,化合物W-1、W-7、W-6的IC分别为63.31μM、74.59μM、253.7μM。进一步对化合物W-1、W-6、W-7的分子对接结果进行分析,与GC-376和SARS-CoV-2 M的作用模式进行比较,结果发现,与GC-376相似,上述化合物与活性位点His41的咪唑环形成p-π共轭,并分别与SARS-CoV-2 M活性位点的Gly143、Cys145、His164、以及Glu166和Gln189形成氢键,故认为这些作用在SARS-CoV-2主蛋白酶M抑制剂产生活性的过程中至关重要。结论:本研究构建了SARS-CoV-2 M抑制剂的药效团模型,进一步结合分子对接和分子叠合筛选获得7个先导化合物,其中,化合物W-1、W-7与W-6的IC分别为63.31μM、74.59μM和253.7μM。与已知SARS-CoV-2 M抑制剂GC-376相比,上述3个化合物与SARS-CoV-2 M活性位点具有相似的作用模式和作用位点。因此,上述3个化合物是新型的潜在SARS-CoV-2 M抑制剂。