《蛋白酶體與不同類型抑制劑反應的理論研究》是依託鄭州大學，由魏東輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：蛋白酶體與不同類型抑制劑反應的理論研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：魏東輝
- 依託單位：鄭州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
最近，人們發現蛋白酶體抑制劑有很好的抗癌活性，並且根據蛋白酶體系統在機體內的調控機制設計的特異性位點抑制劑已開始套用於醫療領域。例如蛋白酶體抑制劑硼替佐米已經在臨床用於頑固性或易復發的多發性骨髓瘤的治療。所有可用於臨床的蛋白酶體抑制劑都在抑制過程中與蛋白酶體形成了共價鍵，但是共價鍵的形成機理目前尚不完全清楚，還缺乏在分子水平上對蛋白酶體與抑制劑的作用機制進行深入系統的理論研究。這促使申請人期望在本課題組前期研究工作[J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10436.]的基礎上，在理論上建立蛋白酶體與不同類型抑制劑結合的反應模型，使用分子動力學模擬和QM/MM-FE的方法對這些抑制反應進行深入研究，揭示這些抑制反應的詳細反應機理，總結蛋白酶體抑制劑的活性與結構的一般規律，從而為人們合理設計更高效的能套用於醫療領域的新型蛋白酶體抑制劑提供有價值的理論參考數據。
結題摘要
本項目主要用QM/MM的計算方法對蛋白酶體與多個不同肽類的反應進行了理論研究。（1）蛋白酶體催化降解反應：第一步是一個質子轉移過程激活Thr1-Oγ。第二步是帶負電的Thr1-Oγ親核進攻底物的羰基碳原子。第三步是胺的脫去。第四步是水分子親核進攻底物的羰基碳，與此同時，一個質子從水分子上轉移到Thr1-Nz。第五步脫去底物。最後一步從Thr1-Nz到Thr1-Oγ的質子轉移還原了Thr1。從計算的自由能曲線上可以看出第三個反應步驟有最高的反應能壘18.2kcal/mol，這與實驗上得到的能壘~18.3–19.4kcal/mol非常接近。該部分工作第一次揭開了細胞體內蛋白質降解反應過程的神秘面紗，對於人們理解和研究細胞體內蛋白質的新陳代謝歷程有非常重要的意義。（2）蛋白酶體與抑制劑Epoxomicin的反應：第一步是一個直接的質子轉移，Thr1-Nz直接激活Thr1-Oγ形成一個兩性離子中間體。第二步是帶負電的Thr1-Oγ親核進攻EPX的羰基碳原子。第三步是從Thr1-Nz到EPX的羰基氧原子的質子轉移。第四步是Thr1-Nz親核進攻EPX的環氧環，同時伴隨著環氧環的開環（SN2親核取代），兩性離子嗎啉環在這一步在殘基Thr1和EPX之間形成。最後通過另一個質子轉移生成最終的嗎啉環產物。（3）蛋白酶體與抑制劑syringolin A的反應：第一步是一個直接的質子轉移，Thr1-Nz直接激活Thr1-Oγ形成一個兩性離子中間體。第二步是帶負電的Thr1-Oγ親核進攻SylA的烯烴碳原子。最後是從Thr1-Nz到SylA的烯烴碳原子的質子轉移完成整個抑制過程。計算的自由能曲線表明第二個反應步驟是決速步，有一個24.6kcal/mol的自由能壘，這與根據實驗動力學數據推算的活化自由能壘（~22.4–23.0kcal/mol）非常接近。（4）蛋白酶體與β-lactone類抑制劑的反應：第一步是一個直接的質子轉移，Thr1-Nz直接激活Thr1-Oγ形成一個兩性離子中間體。接著一步是帶負電的Thr1-Oγ親核進攻底物羰基碳原子C1。最後是從Thr1-Nz到底物氧原子O1的質子轉移，並伴隨著底物四元環的開環從而完成整個抑制過程。這些反應機制不但對於理解蛋白酶體抑制過程有幫助，而且能為將來合理設計新型蛋白酶體抑制劑提供有價值的參考。
