背景

内毒素脂质A（LA）的合成共有9个酶参与, 其中由LpxC基因编码的UDP-3-O-(R-羟基十四酰)-N-乙酰氨基葡糖脱乙酰酶(LpxC)催化的脱乙酰反应是整个生物合成途径中的首个关键步骤，有效抑制LpxC能干扰LPS的合成,最终导致菌体细胞的死亡。另外, LpxC在G-菌中高度保守(超过40种)，且在人和哺乳动物体内无同源性蛋白质。因此, LpxC是理想的抗菌酶Target，基于LpxC结构开发小分子将改善G-菌感染治疗困难的现状。

LpxC为一种锌离子依赖性金属酶，呈“ β-α-α-β”夹层结构, 由2个具有相似拓扑学结构的结构域(Domain Ⅰ和Domain Ⅱ)组成。 每个结构域分别含有1个独特的插入区(Insert Ⅰ和Insert Ⅱ)。插入区Ⅰ界定了活性位点的范围，并固定了具有催化活性的锌离子。基于该酶特殊的结构，近年来有多类分子相继被报道，大部分Inhibitors都含有能与锌离子结合、抑制其催化活性的基团和较长的疏水链，以适应酶的疏水通道。

本项工作中首先整合现有数据库ChEMBL 的文献报告，建立LpxC Inhibitors的虚拟库，然后选择38种PMH化合物和活性数据建立三维定量构效关系（3D-QSAR）模型。通过分子动力学模拟探索PMH LpxC Inhibitors可能的作用机制，为PMH LpxC Inhibitors的活性预测，分子设计和修饰提供理论依据。

目的

通过研究PMH inhibitors的三维定量构效关系（3D-QSAR），利用比较分子场分析和比较分子相似性指数分析方法建立了具有良好预测能力的模型。通过分子静电势分析、分子对接和分子动力学模拟等计算手段提出了PMH inhibitors可能的抑制机理，为LpxC靶向的分子设计提供了理论依据。

方法

分子对接

三维定量构效关系（3D-QSAR）

分子动力学模拟

主要研究结果

对广谱LpxC Inhibitors吡啶酮甲基砜异羟肟酸（PMH）进行了分子模拟研究，以研究其化学结构与生物活性之间的关系。 用CoMFA和CoMSIA对PMH进行3D-QSAR研究，得到了具有良好预测能力的3D-QSAR模型。根据等高线图的结果，在PMH中引入大体积基团和吸电子基团可以有效地提高活性。 基于对PMH的分子静电势的分析，在分子水平上解释了取代基对活性的影响。

PaLpxC和PaLpxC-Cmpd＃290进行120ns的分子动力学模拟比较。基于MD轨迹的结合自由能计算结果表明，结合自由能计算结果与实验值吻合良好，范德华相互作用是复合物形成的主要驱动力。 H键和能量分解的结果表明，Cmpd＃290主要与PaLpxC的残基M62，T190，F191，H264，I197和K238相互作用。

最后，通过轨迹采样分析研究了PaLpxC中关键水分子的结合模式。 没有任何限制，水分子可以自由进入PaLpxC的活性口袋; 在残基E77，H264，T190和M62的辅助下，它可以与Zn2 +配位形成四面体结构（O-Zn的平均长度约为2.27），为水解反应提供恒定的试剂。 复合物结构中，Cmpd＃290通过异羟肟酸部分螯合Zn2 +，导致水分子结合模式的破坏。 通过其疏水链封闭袋进一步阻止反应底物的进入，从而发挥抑制作用。 这项工作为针对PaLpxC的Inhibitor分子设计提供了理论指导。

背景

HCV NS3/4A 蛋白酶 (Protease，PR) 是由NS3丝氨酸蛋白与辅助因子NS4A 蛋白以非共价键结合而成的二聚体。NS3 丝氨酸PR 是HCV非结构蛋白加工成熟过程的关键酶，与三磷酸核苷酸酶、RNA 解螺旋酶结合，构成HCV 复制所必需的非结构蛋白NS3。NS3 属于胰PR 超家族，拥有PR 和RNA 解螺旋酶双重活性，位于由HCV RNA 编码的前体多聚蛋白的开放阅读框 (Open reading frame，ORF) 中的非结构蛋白区中。另外，NS3/4A PR 能水解TRIF 和MAVS 两种人类免疫蛋白，从而干扰人体对HCV 的先天性免疫应答。NS3/4A PR 还可通过调控IFN-3 的表达水平，破坏细胞内免疫通路，诱导宿主产生免疫逃逸。

Faldaprevir 类似物分子 (Faldaprevir analogue molecule ，FAM)作为一种HCVNS3/4A PR Inhibitor，能有效抑制NS3/4A PR 活性。阻断HCV 的复制、翻译和翻译后多聚蛋白的加工成熟，还可使IFN 更好地发挥疗效。

目的

用分子动力学 (Molecular dynamics，MD) 模拟方法对HCV NS3/4A 蛋白酶与Faldaprevir 类似物的分子识别机制及其复合物运动模式进行了研究，为后续的结构改造提供结构及理论支撑。

方法

分子动力学模拟(Amber)

能量分解（MM/GBSA）

主要研究结果

对HCV NS3/4A 蛋白酶与底物FAM 的复合物进行20.4 ns 的显含水分子动力学模拟。基于RMSF 计算值找出了分子的柔性区域，并与实验B 因子值进行了相关性分析，良好的相关性验证了模拟方法的可靠性。FAM 的取代尿素侧链上的NH 与蛋白酶A157，以及乙烯基侧链的O 与S139 形成较为稳定的氢键。

结合自由能计算值与类似化合物的实验值吻合较好，其中范德华相互作用为复合物形成的主要驱动力。通过能量分解分析发现，FAM 的双分子结合模式为发挥效果关键形式，V55 在形成复合物的关键残基，对现有实验数据做了有益补充。随后的突变实验也证明了V55、I153 和F154 对FAM 识别重要作用。

最后，对复合物体系的构象变化做了简要分析，得到了模拟过程中的4类代表性稳定构象。模拟结果为以HCV NS3/4A蛋白酶的分子设计和分子的作用机理研究提供了一定的理论指导。

背景

目前，全球流行的主要是HIV-1 病毒。HIV-1 的基因可以编码3 种酶: 逆转录酶( reverse transcriptase, RT) 、整合酶( integrase, IN)和蛋白酶( protease, PR) 。其中IN 是一个由288 个氨基酸残基组成的蛋白，折叠成3 个结构域，分别是N 末端结构域( N-terminal domain, NTD) 、C 末端结构域( C-terminal domain, CTD) 和催化核心结构域( catalytic core domain, CCD) 。其中CCD 含有IN 催化活性所必需的，由D64、D116 和E152  三个酸性氨基酸残基所组成的基序( DDE 基序) ，该基序是高度保守的，任何一个发生突变都会破坏酶的活性，从而影响病毒的正常复制。IN 能介导逆转录病毒DNA 整合到宿主细胞DNA 上，整合过程包括两步反应: 第一步为3’端加工( 3′-processing，3′-P) 反应，在宿主细胞内， IN 切除HIV 病毒DNA 3’末端的2 个核苷酸，使末端碱基上的羟基暴露出来，为第二步反应做准备; 第二步是链转移( strandtransfer，ST) 反应，在细胞核内， IN 交错切割宿主细胞DNA，然后病毒DNA 的3’末端的羟基与宿主细胞DNA 的5’端通过共价键连接，形成一个整合后的新DNA，并随着宿主DNA 的复制而复制，进而完成HIV-1 的复制繁殖。

目的

研究二酮酸类分子（DKAs）与HIV-1整合酶(integrase, IN)的分子识别机制和二者复合物的构象变化。

方法

使用AutoDock程序包将10个二酮酸类分子与整合酶进行了分子对接，得到一系列对接复合物模型。选取其中两个活性有明显差异的复合物进行了15 ns的分子动力学模拟，从能量和氢键的角度分析了二者与HIV-1整合酶识别的关键残基。

工具

分子对接（AutoDock）

分子动力学（Amber）

主要研究结果

对10个DKAs与HIV-1 IN进行了分子对接，并将对接的结合自由能与lgIC50进行了相关性分析，结果发现，二者并没有显著相关性，此类分子的抑制活性与结合能没有显著的直接关联。

对IN-C1和IN-C6进行了显含水分子动力学模拟，RMSF与B因子较好的相关性证明了模拟方法以及的可靠性。

通过能量分解和氢键的分析，给出了IN-C1和IN-C6在水溶液中的最优结合模式，发现P142有利于C1、C6与HIV-1 IN识别结合，补充了相关数据。并就二者间的活性差异给出了合理的解释。氢键网络图的分析，对分子柔性变化做出了解释。

范德华能与lgIC50的相关性分析表明，通过计算此类DKAs的范德华能可以粗略预测其活性，辅助筛选具有良好活性的同类分子。另外，Corona等还发现DKAs对HIV-1逆转录酶的RNase H区具有一定的Inhibit作用。分子模拟结果与实验值吻合较好，为深入理解二酮酸类分子与整合酶的识别机制以及基于IN结构的分子设计提供一定的结构及理论支持。