OpenEye应用案例二:综合利用多种虚拟筛选方法发现新型Eg5抑制剂

2018-10-18 22:23:11 来源:源资信息科技(上海)有限公司

新闻摘要:研究中,我们综合使用了多种虚拟筛选方法,成功的发现了Eg5蛋白的特异性抑制剂YL001。并通过活性测定和抗肿瘤活性测定发现YL001具有很强的抗肿瘤活性。研究结果表明,Eg5蛋白抑制剂YL001有希望发展成为癌症治疗药物。

背景介绍:

驱动蛋白Eg5(kinesin-5),又名驱动蛋白超家簇成员11(kinesin fanmily member11),位于纺锤体微管,参与中心体的分离和双极纺锤体的形成。Eg5在多种肿瘤细胞中高表达,并与肿瘤的发生、发展及预后密切相关。检测Eg5对肿瘤的早诊早治、判断肿瘤转移及预后具有着重要意义。由于Eg5参与有丝分裂的中心体分离和双极纺锤体形成,因此可作为肿瘤治疗的靶点。研究发现一些新型的Eg5抑制剂用于癌症治疗非常重要。


实验过程:

 

图1 实验过程


研究选择5个Eg5抑制剂与蛋白的复合物晶体结构(PDB_ID:2XAE,3KEN,4A50,4A51,4BBG),从晶体结构中提取Eg5抑制剂结构,然后使用ROCS进行叠合,产生5个提问结构。然后对5个提问结构进行评价,结果发现提问结构5(query5)命中活性化合物的概率最大大。因此选择query5进行形状相似性搜索,打分方法选择shape tanimoto。


选择Specs数据库的204000个化合物进行虚拟筛选。首先使用OMEGA模块的FILTER对数据库中的化合物进行预处理,筛掉不满足成药规则的化合物,然后对符合成药规则的化合物进行构象枚举。然后使用结构5进行形状相似性搜索、静电相似性搜索和分子对接筛选得到符合筛选条件的23个化合物。最后对这23个化合物进行了生物活性测定。


实验结果:

1. 筛选结果

使用ROCS模块对提问结构5进行形状相似性搜索,使用EON模块进行静电相似性搜索,最后进行对接筛选,得到23个化合物。使用ROCS进行形状相似性筛选时发现化合物YL001的形状与提问结构最相似,shape tanimoto值为0.70(如图2)。接着对命中的化合物进行静电相似性搜索,发现化合物YL001的N,N-二甲胺基团与提问结构的氨基基团的静电相似,三氟甲基基团和烷基相似(如图3)。对接筛选发现,化合物YL001分别与蛋白4A50, 4A51和4BBG对接时,良好的的对接构象打分分别为-8.9、-9.4 和-9.2 kcal/mol。质子化的N,N-二甲胺基团与Glu116形成氢键,三氟甲基基团位于原始配体烷基所在的疏水腔(如图4)。

 

图2 提问结构5(左边)与化合物YL001(右边)的3D形状

   

图3 提问结构(左边)与化合物YL001(右边)的分子表面静电图

 

图4 化合物YL001在活性口袋中的结合构象。2D相互作用图(左):氢键作用(黑色虚线),pi-pi堆积相互作用(绿色虚线)。活性口袋表面(右):碳(绿色),氮(蓝色),氧(红色),极性氢(白色)。


2. 活性测定结果

对虚拟筛选命中的23个化合物进行生物活性测定。使用酶筛选和靶标筛选的方法,验证命中化合物的选择性。实验结果发现化合物YL001表现出较高的选择性抑制活性。因此又对化合物YL001进行了细胞活性测定,结果如图5所示。经化合物YL001处理的细胞会形成单级纺锤体,导致细胞正常有丝分裂的纺锤体中断,如图5A所示。化合物YL001对癌细胞株系HCT116、Hela、MCF-7进行抑制活性测定,发现化合物YL001使这三个癌细胞株系的细胞分裂都停止在G2/M期,对癌细胞株系HCT116的抑制效果最好(图5B)。进一步研究发现,化合物YL001抑制细胞形成的IC50为124 nM,比已知抑制剂STLC的抑制效果好。

图5 经化合物YL001处理的细胞表型分析


3. 化合物YL001的抗肿瘤活性

化合物YL001对人和小鼠的癌细胞株系的抗肿瘤活性进行了研究,结果如表1所示。YL001表现出对大多数肿瘤细胞都有抑制活性,EC50为5-20µM。Eg5蛋白在细胞中的表达量的顺序为HeLa > MCF-7 > U87 > HT1080,这与YL001的抑制活性成正相关,即Eg5的表达量越多,YL001的抑制效果就越好。

表1 YL001抗肿瘤活性研究结果

 

结论:

研究中,我们综合使用了多种虚拟筛选方法,成功的发现了Eg5蛋白的特异性抑制剂YL001。并通过活性测定和抗肿瘤活性测定发现YL001具有很强的抗肿瘤活性。研究结果表明,Eg5蛋白抑制剂YL001有希望发展成为癌症治疗药物。


使用模块:OMEGA(Filter)、ROCS、EON

功能详细介绍见:http://www.tri-ibiotech.com/biotech/product_104.html

可提供免费试用,如有需要请发邮件至:dingmei@tri-ibiotech.com.cn


参考文献:

1. Wang Y, Wu X, Du M, et al. Eg5 inhibitor YL001 induces mitotic arrest and inhibits tumor proliferation[J]. Oncotarget, 2017, 8(26):42510-42524.


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